令人惊叹的等离子体实验:科学家在实验室中模拟地球的磁层

2022年04月13日 10:46 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

科学家们近日开发了一个新的实验平台,将大型等离子体装置与激光器、磁偶极结合起来;这有望揭示关于地球抵御太阳风的保护层的见解。

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磁层在任何被磁化的物体周围形成,例如一个星球,它被浸泡在被称为等离子体的电离气体流中。由于地球拥有一个固有的磁场,这个星球被一个巨大的磁层所包围,这个磁层延伸到太空中,阻挡了来自太阳和恒星的致命的宇宙射线和粒子,并使生命本身得以存在。

在AIP出版社出版的《等离子体物理学》中,来自普林斯顿大学、加州大学洛杉矶分校和葡萄牙里斯本高等理工学院的科学家们报告了一种在实验室中研究较小磁层的方法,有时只有几毫米厚。

这些小型磁层已经在彗星周围和月球的某些区域附近被观察到,并被认为可以推动航天器。它们是研究较大行星大小的磁层的良好试验台。

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以前的实验室实验已经进行,利用等离子体风洞或高能激光来创造迷你磁层。然而,这些早期的实验仅限于对磁场的一维测量,并没有捕捉到科学家们需要了解的全部三维行为。

作者Derek Schaeffer说:“为了克服这些限制,我们开发了一个新的实验平台,在加州大学洛杉矶分校的大型等离子体装置(LAPD)上研究微型磁层。”

这个平台将LAPD的磁场与一个快速激光驱动的等离子体和一个电流驱动的偶极子磁体相结合。

LAPD磁场提供了一个太阳系行星际磁场的模型,而激光驱动等离子体提供了太阳风的模型,偶极子磁铁提供了一个地球固有磁场的模型。电动探针允许通过结合数以万计的激光射击数据进行系统的三维扫描。

使用这种设置的一个好处是,磁场和其他参数可以被仔细改变和控制。如果偶极子磁铁被关闭,磁层的所有迹象都会消失。当偶极子的磁场被打开时,可以检测到一个磁层,这是磁层形成的关键证据。

磁层顶是磁层中来自行星磁场的压力与太阳风完全平衡的地方。实验显示,随着偶极磁场的增加,磁层顶会变得更大更强。

对磁层顶的影响是通过计算机模拟来预测的,研究人员进行模拟是为了更全面地理解和验证他们的实验结果。这些模拟也将指导未来的实验,包括利用最近安装在LAPD上的阴极的研究。

Schaeffer说:“新的阴极将使等离子体流动更快,这反过来将使我们能够研究在许多行星周围观察到的‘弓形冲击’。”

其他实验将研究磁重联,这是地球磁层的一个重要过程,其中磁场湮灭释放出巨大的能量。

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