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我國科學家聯合英美等國同行揭開極區“等離子體雲塊”神祕面紗
新華網上海3月29日電(記者張建鬆、吳振東)獨特的地理位置,使地球南北極產生許多奇異的自然現象。在極區高空大氣中,飄忽不定的“等離子體雲塊”常常對人類通訊、導航、航天系統等造成危害。一個由中國極地研究中心領銜的國際研究團隊,經過4年研究,首次揭開了“等離子體雲塊”的神祕面紗。
美國《科學》雜誌29日在線發表了這一研究的相關論文。中國極地研究中心主任楊惠根研究員表示,這項科研成果沉澱自我國近30年極地考察的精華,將爲極區電離層建模和空間環境天氣預報提供重要物理依據。
據論文第一作者、中國極地研究中心極區高空大氣物理學研究室副主任張清和介紹,極區是地球開向太空的天然窗口,地球磁力線在極區高度匯聚並幾近垂直向太空開放,“太陽風”與地球磁層相互作用而引起的“等離子體雲塊”是極區高層大氣中常見的物理現象。
尺度從幾百到幾千公里不等的“等離子體雲塊”會引發極端空間天氣環境,使人類的無線通訊和衛星—地面間通訊中斷,這會直接影響近地飛行器和低軌衛星等的正常運行,甚至威脅航天員生命安全。研究“等離子體雲塊”如何形成和演化是國際空間天氣領域中最重要的課題之一。
自2009年起,張清和等4位專家聯合英美等國多位雷達研究學者組建了國際研究團隊,對其展開深入研究。
4年間,團隊從數十年的觀測數據中挑選出200多個災害性空間天氣事件進行深入分析,並開展計算機模擬實驗。令人驚喜的是,研究團隊首次直接觀測到了2011年9月26日一次強磁暴襲擾地球期間,極區電離層“等離子體雲塊”的完整演化過程。經過進一步研究,發現了“磁重聯”在雲塊形成演化過程中重要的調製作用。
所謂“磁重聯”,是指當兩條磁極方向相反的磁力線無限接近的一瞬間,兩條磁力線開始“重新聯結”:同時從中斷開,並聯結成兩條新的磁力線——一條帶着太陽風暴的等離子體飛向浩渺的太空。另一條則如同拉滿的橡皮筋,縮向地球。它所攜帶的高能粒子“撞”進地球南北兩極的大氣層,形成美麗的極光。
張清和介紹,研究團隊還發現了“夜側磁重聯”在等離子體雲塊演化過程中扮演着重要的“開關”角色。當“夜側磁重聯”發生時,攜帶雲塊運動的開放磁力線因重聯而閉合,相當於“開關”打開;當“夜側磁重聯”停止時,“開關”關閉,等離子云塊就在這一過程中形成和消失。
該研究得到了國家自然科學基金委、科技部、國家海洋局等的基金資助。
(來源:新華網)