如何直接将能量从空间中的混沌电磁场转移到构成太阳风的粒子

2019-10-11 16:33:50

伦敦女王玛丽大学领导了一项研究,该研究描述了如何直接将能量从空间中的混沌电磁场转移到构成太阳风的粒子,从而导致行星际空间加热的直接测量方法。

这项研究发表在《自然通讯》上,并与亚利桑那大学和爱荷华大学进行了研究,结果表明,称为朗道阻尼的过程负责将能量从空间中的电磁等离子体湍流转移到太阳风中的电子,从而引起能量的产生。 。

这个过程以诺贝尔物理学奖获得者列夫·兰道(Lev Landau)(1908-1968)的名字命名,发生在波传播通过等离子体并且以相同速度传播的等离子体粒子吸收该能量时,导致能量减少(阻尼)。 )。

尽管此过程以前是在一些简单的情况下进行过测量的,但尚不知道它是否仍将在太空中自然发生的高度湍流和复杂的等离子体中运行,或者是否会完全不同。

在整个宇宙中,物质处于比预期温度高得多的温度下处于激发等离子体状态。例如,日冕比太阳表面的温度高数百倍,这是科学家们仍在努力理解的一个谜。

了解许多其他天体等离子体的加热,例如星际介质和围绕黑洞的等离子体盘的加热,也很重要,以便解释在这些环境中显示的某些极端行为。

能够直接测量太阳风中活动的等离子激发机理(如本文首次显示)将有助于科学家理解有关宇宙的众多开放性问题,例如这些。

研究人员利用NASA的磁层多尺度(MMS)航天器(于2015年首次发射)的最新高分辨率测量结果以及新开发的数据分析技术(场-粒子相关技术)发现了这一点。

太阳风是来自太阳并充满我们整个太阳系的带电粒子流(即等离子体),而MMS航天器位于太阳风中,用于测量流过它时的场和粒子。

伦敦玛丽皇后大学的主要作者克里斯托弗·陈博士说:“等离子体是迄今为止宇宙中最丰富的可见物质形式,通常处于高度动态且显然处于混沌状态,称为湍流。这种湍流可以转移能量。等离子体中的颗粒会导致加热和通电,从而使湍流和相关的加热现象在自然界非常普遍。

“在这项研究中,我们首次对自然发生的天体物理等离子体中湍流加热所涉及的过程进行了直接测量。我们还验证了这种新的分析技术,可以将其用作探测等离子体能量的工具,并且可以用于血浆行为不同方面的一系列后续研究。”

爱荷华大学的教授格雷格·豪斯(Greg Howes)共同设计了这项新的分析技术,他说:“在Landau阻尼过程中,与穿过等离子体的波相关的电场可以使电子以正确的速度与波一起移动,这种类似于场上冲浪者的冲浪。场-粒子相关技术的首次成功观察应用表明,它有望回答关于空间等离子体的行为和演化的长期的基本问题,例如太阳日冕的加热。”

本文还为将该技术用于将来在太阳系其他区域的任务铺平了道路,例如NASA帕克太阳探测器(于2018年推出)正开始探索太阳附近的太阳电晕和等离子体环境。第一次。

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