研究人员绘制火星磁层电流图

2022-02-27 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:299 /
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利用美国宇航局(NASA)MAVEN(火星大气和挥发性演化)航天器获得的五年磁场数据,一组科学家绘制了火星感应磁层中电流系统的第一张地图。他们的结果发表在《自然天文学》杂志上。电流(蓝色和红色箭头)将火星包裹在一个嵌套的双环结构中,该结构从白天到夜晚持续环绕着火星。这些电流环扭曲......

利用美国宇航局(NASA)MAVEN(火星大气和挥发性演化)航天器获得的五年磁场数据,一组科学家绘制了火星感应磁层中电流系统的第一张地图。他们的结果发表在《自然天文学》杂志上。

Electric currents (blue and red arrows) envelop Mars in a nested, double-loop structure that wraps continuously around the planet from its day side to its night side. These current loops distort the solar wind magnetic field (not pictured), which drapes around Mars to create an induced magnetosphere around the planet. In the process, the currents electrically connect Mars’ upper atmosphere and the induced magnetosphere to the solar wind, transferring electric and magnetic energy generated at the boundary of the induced magnetosphere (faint inner paraboloid) and at the solar wind bow shock (faint outer paraboloid). Image credit: NASA / Goddard / MAVEN / CU Boulder / SVS / Cindy Starr.

电流(蓝色和红色箭头)将火星包裹在一个嵌套的双环结构中,该结构从白天到夜晚持续环绕着火星。这些电流环扭曲了太阳风磁场(图中未显示),该磁场覆盖在火星周围,在火星周围形成感应磁层。在这个过程中,电流将火星的高层大气和感应磁层与太阳风电连接起来,传递在感应磁层边界(微弱的内抛物面)和太阳风弓形激波(微弱的外抛物面)产生的电能和磁能。图片来源:美国宇航局/戈达德/马文/加州大学博尔德分校/ SVS /辛迪·斯塔尔。

地球的磁性来自它的核心,在那里熔化的导电铁在地壳下面流动。它的磁场是全球性的,意味着它围绕着整个星球。

由于火星和地球一样是一颗岩石行星,人们可能会认为同样的磁性范例也在那里发挥作用。然而,在相对较小的磁化地壳之外,这颗红色星球本身并不产生磁场。

火星上正在发生一些与我们在地球上观察到的不同的事情。

太阳风不断从太阳吹来,并与太阳系中的物体相互作用。

它也是磁化的,这种磁场不容易穿透像火星这样的非磁化行星的上层大气。

相反,它在地球电离层中感应的电流会导致磁场堆积和增强,从而产生所谓的感应磁层。太阳风是如何为火星上的磁层提供能量的,到目前为止还没有很好的了解。

当太阳风离子和电子撞上火星附近这种更强的感应磁场时,由于电荷相反,它们被迫分开。一些离子向一个方向流动,一些电子向另一个方向流动,形成从行星的白天到夜晚的电流。

与此同时,太阳X射线和紫外线辐射不断电离火星上的一些高层大气,使其变成电子和带电离子的组合,可以导电。

博尔德科罗拉多大学大气和空间物理实验室的物理学家罗宾·拉姆斯塔德博士说:“火星的大气层有点像一个封闭电路的金属球。

“洋流在高层大气中流动,最强的洋流层持续在地球表面上方120-200公里(75-125英里)处。”

MAVEN和以前的任务以前都见过这些电流层的局部迹象,但他们以前从未能够绘制出完整的电路,从它在太阳风中的产生,到电能沉积在高层大气中的位置。

众所周知,在太空中直接探测这些电流是非常困难的。

幸运的是,电流扭曲了太阳风中的磁场,这可以被MAVEN灵敏的磁力计检测到。

来自科罗拉多大学博尔德分校、美国宇航局戈达德太空飞行中心和爱荷华大学的拉姆斯塔德博士和同事们使用MAVEN数据绘制了火星周围的三维平均磁场结构图,并直接根据它们对磁场结构的扭曲来计算电流。

拉姆斯塔德博士说:“通过一次优雅的操作,电流的强度和路径就会从这张磁场图中显现出来。

“我们发现了意想不到的特征,尤其是:电离层和弓形激波的耦合、南北电半球之间的不对称以及近火星电流系统的扭曲,”研究人员说。

“火星感应磁层中的电流流动模式表明了一个由太阳风相互作用驱动的磁层对流电场驱动的系统。”

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R.火星感应磁层的全球电流系统。Nat Astron,2020年5月25日在线发布;doi:10.1038/s 14550-020-1099-y

本文基于美国国家航空航天局提供的文本。


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