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山大学者联合发现太阳风入侵地球新窗口

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新萄京娱乐场,  地球磁层是保护我们地球家园的最外层屏障,使地球上的生命免于遭受太阳风带电粒子的轰击。但是一部分太阳风粒子仍可通过各种“窗口”入侵地球磁层。一些已探明的窗口主要发生于地球磁场活动较为活跃的时期,而在地球磁场活动相对平静的时候,这种窗口在何处,以何种方式开放,一直悬而未决。近日,由山东大学空间科学研究院史全岐教授和北京大学地球与空间科学学院宗秋刚教授联合领导的中欧美国际研究团队,利用多个航天器的联合观测数据,发现了太阳风入侵地球的新窗口,并论证了其打开的方式。2月12日,此项研究成果在线发表于英国科学期刊《自然-通讯》(Nature
Communications)。

[本站讯]近日,由山东大学空间科学研究院、山东大学(威海)空间科学与物理学院史全岐教授和北京大学地球与空间科学学院宗秋刚教授联合领导的空间物理国际研究团队,利用多个航天器的观测数据,在地球磁层高纬区域发现了太阳风入侵地球的新窗口。2月12日,此项研究成果发表于英国在线科学期刊《自然-通讯》(Nature
Communications)。
据悉,太阳不仅照亮了太阳系,还时时刻刻向四面八方喷射出高速运动的荷电粒子。这些名为“太阳风”的等离子体物质流携带着巨大的能量冲击着行星的大气层,并试图通过多种途径入侵行星。地球是具有全球性磁场的行星,可有效的阻挡大多数来自于太阳风的荷电粒子。但在某些情况下,少数太阳风带电粒子仍可侵入地球磁层,而且在一定条件下,这些粒子可以被加速,并参与到磁层、电离层和高层大气中的许多爆发性的物理过程(如磁暴、磁层亚暴、极光等),这些空间天气过程可给卫星、通信网络、电力设施和航天系统造成很大危害,甚至威胁太空中宇航员的生命健康。因此,研究太阳风粒子如何侵入地球磁层是空间物理和空间天气领域中最重要的课题之一。一些已探明的入侵窗口主要发生于地球磁场活动较为活跃的时期,而在地球磁场活动相对平静的时候,空间物理学家们一直不太确定这种窗口处于何处以及以何种方式开放。在此项研究中,研究团队不但在地球磁层的高纬度区域发现了新的太阳风进入窗口,而且通过多项观测证据以及数值计算,认定这些区域很有可能是由高纬磁层顶发生的磁重联所产生的,并主导着地磁平静时期太阳风等离子体的入侵过程。
该研究工作由史全岐教授与宗秋刚教授共同设计并领导完成,得到了国家自然科学基金委、山东省自然科学基金委等项目的大力资助。史全岐教授于2007年加盟山东大学,2011年获山东省自然科学杰出青年基金,2012年入选教育部新世纪优秀人才支持计划,近年来在校主导多个国家和省部级科研项目,取得多项研究成果,多次受邀在专业著名国际会议上作报告。
山东大学空间物理学科点创建于2007年初,是我国空间科学领域最年轻的学科点之一。经过几年的快速发展,现已打造出一支非常活跃的优秀科研团队,拥有专职教师10名,其中国家杰出青年基金获得者1名,教育部新世纪优秀人才4名,山东省杰出青年基金获得者2名,山东大学齐鲁青年学者1名。成立以来,学科点成员在《Astrophysical
Journal》, 《Astronomy and Astrophysics》, 《Journal of Geophysical
Research》, 《Solar
Physics》,《PRX》等专业顶级期刊发表近30篇科研论文;成员曾获得美国地球物理学会BASU-early
career
award(2008)、山东省青年科技奖(2008)、山东省富民兴鲁劳动奖章(2012)、宝钢教育基金会优秀教师奖(2012)等,在国际会议上作邀请报告十余次,在国内外已形成一定的知名度。
全文链接:

  太阳不仅照亮了太阳系,还时时刻刻都在朝四面八方喷出高速运动的带电粒子。这些名为“太阳风”的等离子体物质流携带着巨大的能量冲击着行星大气层,试图通过多种途径入侵行星。太阳系中有六颗行星具有全球性的磁场,地球是其中之一。这种全球性磁场可以有效的阻挡和偏转大多数来自太阳大气的太阳风带电粒子,并防止这些带电粒子与行星大气层发生直接的相互作用。在近地空间由地球磁场所控制的区域被称为磁层,它是使地球生命得以保护以及空间飞行器免受损伤的最重要屏障之一。但磁层仍对小部分的太阳风带电粒子开放窗口,允许其进入磁层,在一定的条件下,这些粒子可以有效的得到加速,参与到磁层、电离层和高层大气中的许多物理过程,如:磁暴、磁层亚暴、极光和其他的空间天气效应,这些空间天气效应将给卫星、通信网络、电力设施和航天系统造成很大的危害,甚至威胁宇航员的健康。因此,研究太阳风等离子体如何进入地球磁层是空间物理和空间天气领域中最重要的课题之一。

  太阳风本身携带着源于太阳的磁场,称作行星际磁场,它是控制太阳风粒子进入量的一个重要开关。当行星际磁场呈南向时,一般认为太阳风等离子体可以通过磁场重联过程进入了低纬区域。尽管之前有研究表明在行星际磁场北向期间(在此期间地球磁场一般是较为平静的),可能会有更多的等离子体进入磁层形成了相对厚的低纬边界层和更加稠密的等离子体片,但在这些条件下太阳风进入磁层的主要机制(以及穿越磁层顶的位置等问题)并不清楚,存在较多争议,仍无定论。

  利用Cluster卫星数据,科学家们在地球磁层高纬区域发现了新的且意想不到的太阳风进入区域(如图所示),位于地磁活动平静期间极隙区尾向的尾瓣区域。这些太阳风粒子注入磁层的可能机制最有可能由高纬磁层顶发生的磁重联产生。
不同于前人的观点,
这项研究发现太阳风粒子的进入区直接出现在背阳面高纬,这为研究太阳风如何进入地球磁层提供了新的思路,结果还表明这一新窗口可能主导了太阳风进入地球磁层的过程。

  该研究工作得到了国家自然科学基金(资助号41031065, 41074106)的资助。

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