美国科学家发现包围地球的新磁气圈

地球的磁气圈

据美国太空网报道,地球的周围事实上一直包裹着一层看不见的带电粒子,这就是“磁气圈”。磁气圈相当于地球磁场的保护层,使得地球免受太阳风的冲击。美国科学家日前称,他们最近在地球的周围发现了新的磁气圈,这将有助于人们准确地推算出地球的形成时间和年龄。

在最新一期出版的《地球物理学研究》杂志上,美国范德堡大学戴尔天文台的科学家查尔斯-查贝尔教授详细公布了他的这一最新发现。查贝尔说,通过对比分析5颗人造卫星获得的数据,他们最终发现了这一新的地球磁气圈,这一新发现的区域其实就是地球磁气圈的一个组成部分。地球南北两极的极光不过是磁气圈仅有的两个可见部分,虽然磁气圈并不可见,但它却是地球宇宙环境的关键部分。查贝尔教授介绍说,“虽然它不可见,但磁气圈却与我们的日常生活有着极大的干系。比如,当太阳风侵袭地球磁气圈时,会引起电力中断、干扰电磁波发射、影响GPS信号等问题。磁气圈中的带电粒子甚至还可能会损害卫星上的电子部件、影响大气温度以及大气层上层运动等。”

查贝尔利用“自然加电循环”方式加速地球磁气圈中的低能离子,一直到它们具备了磁气圈中不同区域的高能离子的特征。通过这种方式,科学家发现了这一新区域的存在。这一温暖的离子区是一片狭长的区域,始于地球的夜光面,覆盖于日光面,但在下午的一侧又慢慢开始减弱。因此,它大概只环绕了地球四分之三的外围。该区域由低能带电粒子组成,这些粒子在地球磁极上空进入太空,随后又由于地球磁场原因以180度大转变重新加速返回地球磁场。

根据卫星观测数据,查贝尔等科学家测量了地球磁气圈不同区域离子的特性并对其进行了详细的分析。在他们的分析报告中,最重要的一步就是开发出一个计算机程序,该程序可以预测离子在地球磁场中究竟是如何运动的。查贝尔介绍说,“这些运动是非常复杂的,但这一程序可以预测离子的运动去向。”研究人员利用该计算机程序分析了卫星观测数据,首次清晰地看到了某些图案。查贝尔说“我们早就知道了其他所有的区域,但对这一等离子区的认识一直很模糊。但现在我们终于找到了它存在的足够证据。”

科学家们曾对地球形成早期的“孩童时期”进行了研究,并记录下了保护地球免遭太阳风暴破坏的地球磁场的最早数据。这一研究有助于更准确地推算地球生命起源的时间。地球磁场变化的历史对科学家了解地球内部的深层变化以及大气演变、陆地生命的早期进化起到关键作用。但科学家目前很难确定地球磁场的形成时间。美国罗彻斯特大学的地球物理学家对最早期地球磁场进行了直接测量,发现磁气圈早在32亿年前就已存在,比科学家此前认为的早了5亿年。研究人员惊讶地发现,他们所探测到的磁场比原来估计的要强得多。这就是说,磁气圈当时强到足以保护地球免遭太阳风暴的毁灭性破坏。这一研究成果对准确推算地球生命的历史非常有帮助。

最新的研究还显示,在绕地球运行的28天中,其中有7天的时间月球的某些部分也受到地球磁气圈的保护。美国华盛顿大学地球与空间科学助理研究教授埃莉卡-哈娜特说,“我们发现,月球有一部分区域会完全处于磁气圈的保护之下,而其它的地方不受保护。”太阳暴中产生的高能太阳粒子携带足够的能量导致地面通信中断甚至摧毁环地球轨道上的卫星。在太阳暴中,来自地球电离层的粒子,主要是氧,也变得相当活跃。尽管它们不如高能太阳粒子那么活跃,但它们依然对在月球上工作或去往火星的宇航员构成极大威胁。利用计算机模拟磁气圈的特性,哈娜特发现,虽然太阳暴可能增加来自撞击月球的电离层粒子的危险,但它们也可能引起磁气圈中使无数危险的太阳粒子转向的情形。

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太空网
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