该图展示了MMS航天器测量太阳风等离子体与地球磁场在发生相互作用区域内的状况。
据美国“物理学网”（Phys.org）2月14日消息称，《自然通讯》杂志2月4日刊发的一篇研究论文介绍了英国伦敦玛丽女王大学（Queen Mary University of London）联合美国亚利桑那大学（University of Arizona）和爱荷华大学（University of Iowa）开展的一项最新研究首次直接测量了能量是如何从太空中的混沌电磁场转移到太阳风的构成粒子上并从而导致星际空间升温的。该研究表明，是一种被称为“朗道阻尼”（Landau damping）的物理过程负责将太空中电磁等离子体湍流中的能量转移到太阳风中的电子上并激发它们的。
这个以诺贝尔奖得主、物理学家列弗·朗道（Lev Landau, 1908-1968）名字命名的物理现象描述的是，当一个波穿过等离子体时，以近似速度运动的等离子体粒子就会吸收这种能量，从而导致波的能量降低——该现象被称为阻尼。虽然科学家之前曾在一些简单的条件下对该过程进行过测量，但是尚不清楚它是否仍能在太空中自然发生的、激烈湍急的复杂等离子体中进行，以及是否会具有完全不同的过程。在整个宇宙中，那些处于等离子体激发状态的物质温度要远远高于预期。例如，日冕的温度是太阳表面温度的数百倍，这就是科学家们至今仍在试图解开的一个谜团。
在天体物理学中，去理解诸如星际介质和黑洞周围等离子体圆盘等许多其他天体物理等离子体的加热效应也是至关重要的，以便解释这些环境中所呈现出的一些极端现象与表现。正如该论文中所阐述的，直接测量太阳风中等离子体激发机制活跃时的作用将有助于科学家理解和解开关于宇宙的许多悬而未决的问题。该组研究人员是通过利用美国航空航天局（NASA）2015年发射的磁层多尺度（Magnetospheric Multi-Scale，简称MMS）航天器所采集的高分辨率测量数据以及新开发的数据分析技术——场粒子相关技术（the field-particle correlation technique）——获得这一发现的。
太阳风是太阳的诸如等离子体的带电粒子流，它们充满了我们整个太阳系空间，而置于太阳风中的MMS航天器能够在风中穿过的同时对其中的场和粒子进行测量。该论文的第一作者、伦敦玛丽女王大学的Christopher Chen博士介绍道：“等离子体是到目前为止宇宙中可见物质最丰富的存在形式，而它们通常处于的一种被称为“湍流”（turbulence）的高度动态和明显混乱的状态。这种湍流能够将能量传递给等离子体中的粒子，从而导致加热和激发效应，而湍流和相关的加热现象在自然界中是非常普遍的。
这篇论文也为这项技术在未来对于太阳系其他区域的探索任务中的应用前景铺平了道路，比如NASA在2018年发射的帕克太阳探测器（NASA Parker Solar Probe），它将开启人类首次对于太阳日冕和邻近等离子环境的了解与认知。
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编译：朱明逸
审稿：alone
责编：唐林芳
期刊来源： 《自然通讯》
期刊编号： 2041-1723
原文链接：
https://m.phys.org/news/2019-02-spacecraft-reveal-mechanism-solar.html
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