地球周围的“冲浪波”:神秘开尔文-亥姆霍兹波【3P】

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这张模拟照展示了地球周围被称为磁层的磁泡。当一股来自太阳的稳定的粒子流——太阳风快速飞过时，它就呈现出被科学家叫做开尔文-亥姆霍兹波的经典的冲浪波形状。

这种冲浪波叫开尔文-亥姆霍兹波，在自然界中随处可见，例如这些云。

美国宇航局卡西尼号太空船捕捉到土星大气中的开尔文-亥姆霍兹波。这种标志性冲浪波的图案存在于宇宙任何地方，其中包括地球磁场环境的边缘地带。

　　据国外媒体报道，从最小的细胞到最大的星系，宇宙的各个区域都表现出有惊人相似性的图案。海洋上有标志性的冲浪波，一连串弯曲的丘陵有规律地朝一个方向移动。如今，两项新研究显示，这些有条理的波浪出现在近地空间的边界处。这意味着它们可能比以前认为得更加普遍。

　　科学家想弄明白近地空间边界处出现这些变化时会给地球电网等系统产生怎样的影响。19世纪末，科学家以发现者的名字将这些冲浪波命名为开尔文-亥姆霍兹波。宇宙中的每个地方都有这种现象。风等快速流体穿过较慢的水等流体时，就会出现这种图案。

　　研究负责人之一同时又是美国新罕布什尔大学空间科学家的什瓦-卡沃斯(Shiva Kavosi)说：“我们以前就知道地球磁场环境的边界处有开尔文-亥姆霍兹波。但它们被认为相当罕见，只在特定条件下才会出现。结果它们可出现在任何条件中，比我们认为得更普遍。”

　　开尔文-亥姆霍兹波是地球适应太阳系的直接结果。在地球深处，炽热的内核产生一个保护地球免遭破坏性太阳风伤害的磁场。这个保护性磁场延伸数千英里，进入太空。它的磁性影响着从全球通信、动物迁徙到天气模式等每件事。在某些情况中，来自太阳的粒子和能量可能突破地球磁层，进入近地空间。

　　为发现开尔文-亥姆霍兹波的频率，这个科研组分析了美国宇航局两艘太空船的仪器数据。这两艘太空船是高级合成探测器(Ace)和亚磁暴事件与大规模相互作用时间推移探测器(Themis)。

　　研究人员先用数值模拟确定了开尔文-亥姆霍兹波的样子，接下来用亚磁暴事件与大规模相互作用时间推移探测器的观测结果弄清楚它们何时出现以及出现在哪里。出人意料的是，这个科研组随意改变风向后，竟发现都会制造出这些经典的冲浪波。

　　第一个科研组比较了开尔文-亥姆霍兹波和太阳风中的冲浪波，第二个科研组拿它和地球附近的冲浪波作了比较。这为如此频繁观测到开尔文-亥姆霍兹波的原因提供了一种可能解释。

　　这项研究由美国波士顿大学科学家布赖恩-沃尔什和布莱克斯堡弗吉尼亚理工大学学生埃文-托马斯负责。他们分析了近地空间的电场。这个科研组发现，开尔文-亥姆霍兹波沿着磁层边界的侧面向外延伸。他们还发现其他现象：就在这些冲浪波开始前，地球周围出现一层带电气体。

　　出现这些带电气体的区域叫等离子层。它发出一个稀薄的等离子体烟羽。等离子体烟羽飞行2万英里，碰撞到磁层边缘，将额外原子沉淀到太阳与地球的边界中。这样的烟羽经常出现，但这是它们第一次和开尔文-亥姆霍兹波发生关系。

　　美国宇航局说，这些重要的细节信息有助于科学家更完整地了解地球磁层，最后对保护地球大有帮助。