2024-12-13 科技 0
由于星际磁场和日球磁场的耦合，外层日光层的三维特征。美国天文学会出版的《天体物理学杂志》“弓形波”、“日光层边界层”、“不稳定”和“磁重连接”。但这篇论文的合著者包括位于亨茨维尔的阿拉巴马大学的两位研究人员，最近由于其独特的见解，发现了在太阳风层界面出现的物理现象，这一观点得到了新的注。Nikolai Pogorelov博士和Jacob Heerikhuisen博士都是空间科学和研究人员在UAH的空间等离子体和大气研究中心的研究员，Heerikhuisen博士是该中心的副主任。他们之前的合作包括数十人合著论文κ-distributed太阳风中的质子和电荷交换耦合能量氢和新的星际介质的影响参数对日球层、中性原子边界。
他们大部分工作都是用超级计算机解决复杂的物理过程数学模型，作为国家科学基金会的Petascale计算研究分配计划的一部分。波戈尔洛夫博士是蓝水科学和工程团队咨询委员会的成员，他和他的合作者们对这个项目提供的机会心存感激。在这项研究中，研究人员将注意力集中在太阳风，太阳风和当地星际介质之间的边界上。更具体地说希望解释从旅行者1号和旅行者2号上获得的观测数据，以及1977年发射的NASA太空探测器，以及2008年发射的美国宇航局卫星“星际边界探测器”。
需要极大地增加网格分辨率，以‘放大’到太阳风层附近的区域，所以在模拟太阳风与当地星际介质的过程中使用了自适应网格细化。该研究小组还使用了三维磁流体动力学中性原子模拟，并将这些技术结合在一起，使它们能够显示在太阳风层的星际一侧，应该观测到等离子体密度降低和磁场增强的明显边界层。能够分辨出，在太阳风层上，等离子体密度的增加与太阳层边界层的密度增加有关。证明了在日光层边界层的模拟密度行为与在旅行者1号上的等离子体波仪探测到的在当地星际介质中探测到的等离子体波的频率一致。
一般来说，等离子体的频率应该继续增加，直到航天器离开日光层边界层。然而像太阳周期这样的时间依赖效应可能会导致接近恒定的等离子体频率，进而又被越来越多密度的普遍趋势所取代。Pogorelov博士和他的团队认为，日光层的边界层不是等离子体各向异性的结果，就像在地球磁层的等离子体耗尽层中所发现的那样，相反由中性H原子和质子之间的电荷交换引起的。
从局部星际介质的角度来看，等离子体密度随着当地的星际介质接近太阳风层而增加，直到它进入到日层边界层。在几十年前，人们发现了在弓形波内部可能发生的冲击后，电荷交换对数量的影响。但已经能够区分出与震荡相关的增长对一个所谓的弓形波内部的逐渐增加的贡献。该团队使用的模型所产生的结果与IBEX、Ulysses和Voyager航天器的远程和现场观测一致。已经证明与实际太阳风和本地星际介质的整体密度增加相比，次级冲击的贡献通常很小。
该模型的模拟还能表明在太阳风层上，通过再现磁场矢量的旋转，使得磁场矢量在太阳风层上的旋转没有“跳跃”，这与航行者我的观察一致。“heliopause的不稳定行为表明，旅行者1号在进入星际空间的过程中，可能穿越了被太阳风和当地的星际介质等离子体所占据的连续区域，这一场景与旅行者号在质量上的一致，观察到在银河系宇宙射线通量的连续增加和减少。这项研究的最终成功在于它能够在全球模拟中首次证明，太阳风的破坏可能是由于撕裂模式的不稳定性，可能伴随着磁性的重新连接。观察内部的旅行者1号和旅行者2日鞘在日球激波和太阳风层顶符合耗散的日球磁场区域被全球日球电流片，可以被解释为磁场的磁赤道日球。
有了这些知识，研究人员现在正在展望他们的下一阶段的研究。波格洛夫博士说：我们未来的工作是研究太阳风和本地星际介质湍流对磁重连接和在太阳风层附近不稳定的影响，特别是想要使用旅行者1号和旅行者2号的湍流特性的测量数据，它们的精度非常高，并且在模拟中使用这些数据。还可以创建一个描述湍流特性的模型。将会是观察、理论和模拟的结合——而且毫无疑问会对太阳风层产生同样令人兴奋的洞见。
博科园-科学科普｜参考期刊：天体物理期刊｜来自：亨茨维尔阿拉巴马大学
