中國科學家發現行星際阿爾文擾動存在新的擾動源

一個向太陽傳播的行星際阿爾芬擾動事例
自從上個世紀60年代開始,科學家們就在0.3至20個天文單位(日地距離)之間的太陽風觀測中,證實了阿爾文擾動(Alfven perturbations)的廣泛存在。一般認為,行星際阿爾文擾動起源於太陽表面並沿著太陽磁場向外傳播。隨著研究的逐步深入,科學家發現太陽風阿爾文度隨日心距而下降,其成因還是不解之謎。有理論推測行星際阿爾文擾動還存在其它的產生源,產生的向太陽傳播的阿爾文擾動與太陽表面產生的向外阿爾文擾動相互作用,加熱太陽風等離子體,從而導致該現象。然而,除了北京大學太陽風湍流研究團隊在1 AU附近發現的一些事例以外,尚無關於向太陽傳播阿爾文擾動的報導。

最近,中國科學院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室的李暉和王赤認為傳統的行星際阿爾文擾動診斷方法存在誤差,會導致一些高純度的阿爾文擾動被遺漏,並提出了一種不依賴背景磁場和霍夫曼 - 泰勒(de Hoffman-Teller)坐標系的新方法,可以有效識別行星際阿爾文擾動並確定其頻率特徵。

在此新方法的基礎上,他們與麻省理工學院的約翰·貝爾徹(John W. Belcher)和約翰·李察臣(John D. Richardson)教授、北京大學的何建森教授展開合作研究,利用航行者二號(Voyager 2)和風(Wind)衛星的觀測數據重新診斷了1至6個天文單位之間的阿爾文擾動,發現:1)內日球層中存在可觀數量的向太陽傳播的阿爾文擾動,其比例約佔普通阿爾文擾動的3.5%;2)普通阿爾文擾動的發生率隨著日心距的增加而減小,但向太陽傳播的阿爾文擾動所佔的比例卻逐漸增加,從1個天文單位處的2.7%增加至5.5個天文單位處的8.7%。該項研究成果有力地證實了行星際阿爾文擾動存在除太陽之外的產生源,為了解向太陽傳播的阿爾文擾動的統計特性以及產生機制提供了新的線索,

【圖、文:節錄自中國科學院國家空間科學中心網頁;新聞訊息由林景明提供】

阿爾文波,又稱剪切阿爾文波,是等離子體中的一種沿磁場方向傳播的波,這種波的頻率遠低於等離子體的迴旋頻率,是一種線偏振的低頻橫波。處在磁場中的導電流體在垂直於磁場的方向上受到局部擾動時,沿着磁感線方向的磁張力提供恢復力,就會激發阿爾文波。阿爾文波是由瑞典物理學家漢尼斯·阿爾文首先預言的,因此得名。後來隆德奎斯特(Lundquist)使用1特斯拉左右的磁場在水銀中觀察到了阿爾文波,列納爾特(Lehnert)使用液態鈉也證實了阿爾文波的存在。

【補充資料:維基百科】

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