|
话说从2007年3月23日说起,当时阿拉斯加和加拿大北部地区爆发了一场“亚暴”。那是一种地球磁场的扰动,这次“亚暴”引发了持续两个小时之久的北极光。绿色和蓝色的北极光不停地在空中闪动,越来越强烈,直到爆发出五彩缤纷,随处可见的光芒。这些地区的多台摄像机拍下了这些北极光的绚烂景色。运行在空间轨道上的执行THEMIS任务的5颗卫星则记录下其太阳风颗粒流动走向,与磁场变化。
研究表明,这一”亚暴”的能量相当大,2小时内发生的能量总和达到了500万亿焦耳的程度,相当于一次5.5级地震的能量大小。“亚暴”的表现完全在意料之外,” THEMIS 的首席研究者,UCLA的地球与太空科学副教授,同时也是加州大学洛杉矶分校的研究员Vassilis Angelopoulos表现出惊讶。“极光向西浪涌二次,比任何人所想的还要快,不到 1 分钟就横越经度 15 度。极光正好在 60 秒时,横越整个极地时区,或640千米。”问题是,这些能量是从哪儿来的呢?
“卫星们已经发现地球上层大气的磁索(Magnetic Ropes)与太阳有直接关连的证据,” NASA戈达尔航天中心的发射科学家斯贝克(David Sibeck)说,“我们相信,太阳风粒子沿着这些磁索流动,提供能量给地磁风暴与极光。”2007年的5月20日,当时它们拍下了这些磁索的三维图像。
磁索是一个被扭绞的磁场束(bundle of magnetic fields),其组织很像一捆被搓捻的麻绳。此前一些航天飞行器已侦测到了这些磁索的迹象,不过单一的航天飞行器无法充分测绘它们的三维结构,THEMIS任务的5颗同样的微卫星达成了这项功绩。
“THEMIS 在3月20日遇到了第一条磁索,” 斯贝克说。“它相当大,约跟地球一样宽,而且位于地球上方约 7 万千米的地方,一个称为磁层顶(Magne Topause)的区域。”磁层顶是太阳风与地球磁场相会之处,而且如相扑选手般相互推挤。在此,磁索形成,并于几分钟内拆散,成为太阳风能源短暂却重要的导管。
THEMIS任务的5颗卫星也观测到一些地球磁场弓形激波(magnetic bow shock)的爆发。“弓形激波如同小船前头的舷波(弓形波),” 斯贝克解释。“在此太阳风首度受到地球磁场的影响。有时太阳风当中的电流爆发将撞及弓形冲击波,然后砰!我们得到一次爆发。”吸引更多科学家加入的“THEMIS”任务
成为解开极光之谜的这五颗卫星由NASA制造,目的是了解多彩极光的神秘动力。该任务的全称为“亚暴之大规模互动及时间历史性事件”任务(Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms),缩写后成了THEMIS,恰好和希腊神话中“正义女神”忒弥斯的名字一样,因此得名。THEMIS任务在 2003 年被挑选为NASA第五次的中级探测者任务 (Medium-Class Explorer, MIDEX ),于 2007 年 2 月 17 日在美国佛罗里达州卡纳维尔角的空军基地成功发射升空。THEMIS整个项目由位于马里兰岛的哥德太空项目办公室资助,负责落实的机构则是加州大学的贝克利太空科学实验室。
“THEMIS”任务装备的仪器可以测量太空中的离子、电子和电磁辐射。罗普罗斯还说,观察北极光的最佳时刻其实还没到,但现在的结果已经很喜人了。此外,THEMIS还有另外一套迷你型的卫星系统,其将可以加入操作这一实验,能够探测出从北极光风暴中发射出的热能和压力的演变。
罗普罗斯将THEMIS的作用和气象台相比,通过这一仪器,就可以检测出一世纪前的大气气候。“这些风暴的确可以很有助于我们理解和预测太空气候。”他说。
今年2月,卫星将在太阳和地球之间排成直线。这样最关键的实验可以在那时进行。研究者希望能第一次探索到太空中磁副爆的起源,也希望能了解其更多演变。接下来的两年,美国、加拿大、欧洲、俄罗斯和日本的科学家都会加入到这一研究中去。
链接:
忒弥斯(Themis)
正义女神忒弥斯,一位智睿精悍的辩护者,希腊神话中誓约的守护人,一手持剑 (代表着仪器), 一手持秤 (代表着科学研究) 同时拥有着强大的力量和无私的公正,忒弥斯将无偏颇地在极光发展机制中两相抗衡的理论做出确认。
亚暴(Substorm):
即“磁层亚暴”(Magnetospheric Substorm),发生于地球磁层的强烈扰动。持续时间为1~2小时,主要扰动区域包括整个磁尾、等离子体片和极光带附近的电离层。1961年,赤祖父俊一和S.查普曼把磁暴主相分解为环电流磁场和极区扰动磁场。极区扰动磁场的持续一般为1~2小时,比磁暴的持续时间短得多,故又称极区扰动磁场亚暴,也称地磁亚暴;因为极光活动时间和地磁亚暴一致,故极光活动又称极光亚暴。1968年,赤祖父俊一把它们统称为磁层亚暴,因为它们都是磁层扰动的表现。