科学家们发现了现有的磁重联模型中缺少的新物理现象

美国海军研究实验室（NRL）的科学家们发现了现有的磁重联模型中缺少的新物理现象。虽然电影显示地球存在于宇宙中一个平静、原始的角落，但实际上，近地空间环境是危险和动态的。在任何一天，被称为太阳风的热带电粒子和等离子体团从太阳射出，被地球的磁场所偏转，在南北两极造成美丽的极光。

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然而，在太阳风暴期间，太阳风可以压缩地球的磁场，导致磁场线重新排列和重新连接（也称为磁重联），将热的、密集的等离子体射回地球。像这样的过程通常被称为空间天气。由于这些空间天气可能对我们现代社会的关键因素产生影响，如电信系统和电网，获得对这些过程的良好理解与理解地面天气一样重要。

了解地球磁层中的磁重联的一个主要挑战是在卫星观测中难以解决较小的动力学规模的过程。然而，美国宇航局的“磁层多尺度”（MMS）航天器最近使得详细研究这种以前未见过的微尺度物理成为可能。

NRL的科学家们一直在使用MMS数据来研究发生在地球磁尾的微尺度物理学，磁尾是磁层的一个薄的部分。当地球的磁层被太阳风压缩成一个薄薄的电流片时，磁尾就形成了，这为研究磁重联创造了一个理想的位置。

NRL的科学家们最近首次观察到在这些被压缩的电流片之一中，由高度剪切的电子流（速度剪切）驱动的等离子体波。当电流片被压缩时，一个垂直于背景磁场的局部电场出现，速度剪切就在电流片中产生了。这些波是局部增强的扩散性的丰富来源，它可以触发磁重联过程。

NRL的科学家们还利用这些观察发现了现有的薄电流片和磁重联理论模型中缺少的一个关键部分--一个垂直于电流片形成的双极电场，并在电流片经历强压缩时得到加强。此后，一个新的理论模型被开发出来，它表明，双极电场可以自洽地发展，以响应等离子体的整体压缩。这反过来又产生了速度剪切，可以驱动航天器数据中观察到的波。由电子流驱动的电流也改变了磁场剖面，并允许形成既薄又不理想的电流片，这些特征不能同时用标准模型来解释。理论模型的结果为微观尺度和宏观尺度物理学之间的关键联系带来了新的启示。

这些发现挑战了现有的对薄电流片物理学的理解，对剪切驱动的等离子体波的识别也确立了局部的极性电场和驱动物理学的高度不均匀条件的意义。这种对小尺度物理学的深入理解，当与更大尺度的模型相结合时，将导致对全球动力学，特别是影响近地空间天气的日光层中从太阳进入地球附近的能量通量的更全面的了解。

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