研究揭示了地球高层大气在地磁风暴发展中的重要性

由日本名古屋大学和美国新罕布什尔大学的研究人员领导的一个国际小组的一项研究揭示了地球高层大气在决定地磁风暴发展程度方面的重要性。

他们的研究结果发表在《自然通讯》上，揭示了以前低估的地球大气层的重要性。了解导致地磁风暴的因素非常重要，因为它们可能对地球磁场产生直接影响，例如在电网中产生不需要的电流并干扰无线电信号和GPS。这项研究可能有助于预测将产生最严重后果的风暴。

科学家们早就知道地磁风暴与太阳的活动有关。热带电粒子构成了太阳的外层，即我们可见的一层。这些粒子从太阳中流出，形成“太阳风”，并与太空中的物体(例如地球)相互作用。当粒子到达地球周围的磁场(称为磁层)时，它们会与之相互作用。

带电粒子和磁场之间的相互作用会导致太空天气、影响地球和卫星等技术系统的太空条件。

磁层的一个重要组成部分是磁尾。磁尾是磁层的一部分，沿着太阳风流的方向远离太阳延伸。磁尾内部是等离子体片区域，其中充满带电粒子(等离子体)。等离子体片很重要，因为它是进入内磁层的粒子的源区，产生引起地磁风暴的电流。

尽管太阳的重要性众所周知，但一个国际研究小组旨在解开磁层中的等离子体有多少来自地球以及在地磁风暴期间这种贡献如何变化的谜团。

该小组由名古屋大学特聘教授、新罕布什尔大学教授(交叉任命)LynnKistler、名古屋大学教授YoshizumiMiyoshi和名古屋大学特聘教授TomoakiHori领导。

在他们的研究中，他们使用了2017年9月7日至8日发生的一次大型地磁风暴的数据。在此期间，太阳释放了大规模的日冕物质抛射，与地球大气层相撞，导致了巨大的地磁风暴。这次撞击扰乱了磁层，导致无线电信号、GPS和精密授时应用受到干扰。

研究人员使用来自多个太空任务的数据回顾性分析了该事件期间的离子输运，包括NASA/磁层多尺度(MMS)任务、日本Arase任务、ESA/Cluster任务和NASA/Wind任务。他们将这些离子与太阳风的离子和电离层本身的离子区分开来。

通过同时测量太阳风成分来跟踪源变化，他们发现了近地等离子体片发展过程中成分和其他特性的重大变化。等离子体片的这些特性，例如密度、粒子能量分布和成分，会影响地磁风暴的发展。

在风暴主阶段开始时，来源从太阳风主导变为电离层主导。“最重要的发现是，在地磁风暴开始时，等离子体从主要是太阳变成了主要是电离层，”奇石勒解释说。“这表明地磁风暴推动了更多的地球电离层流出，并且电离层等离子体可以在整个磁层中快速移动。”

“总的来说，我们的研究通过展示地球电离层等离子体的重要性，有助于了解地磁风暴的发展，”她继续说道。

“我们发现了令人信服的证据，表明不仅来自太阳的等离子体，而且来自地球的等离子体也会驱动地磁风暴。简而言之，等离子体片的特性(密度、粒子能量分布、成分)将影响地磁风暴，而这些特性对于不同的来源来说是不同的。”

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