장휘 등: 구불한 월미와 태양풍 입자 선택

행성에서 탈출하는 하전 입자는 이온화 된 행성 대기이거나 별에서 반사되는 태양풍일 수 있으며 둘 다 행성 공간 환경의 중요한 부분입니다. 초음속 배경인 태양풍과의 상호 작용은 행성 공간 물리학 연구의 중요한 내용이다. 문헌에서 일반적으로 "태양풍 선택" 이라는 단어를 사용하여 이 과정을 설명합니다. 태양풍 농장은 이러한 충전 입자를 가속화하고 결국 태양풍과 함께 이동합니다. 운동량과 에너지 보존의 관점에서 볼 때, 이 과정은 일반적으로 지역 태양풍이 운동량/에너지를 잃고, 속도를 낮추고, 태양풍과 함께 움직이는 행성 간 자기장을 압착시켜 국부 자기장을 증강시키는 것으로 여겨진다.

달 배경의 공간 환경과 과정이 매우 간단하기 때문에 달과 태양풍의 상호 광경은 이러한 전통적인 관점을 검증하기 위한 천연 실험실을 제공한다. 중과원 지질과 지구물리학연구소 장휘 등 연구팀이 달 표면에서 반사되는 태양풍 이온과 배경 태양풍의 상호 작용을 상세히 연구한 결과 태양풍 선택 과정의 주요 역할은 태양풍을 늦추는 것이 아니라 태양풍을 흔들게 하는 것으로 나타났다. 이러한 발전은 "태양풍 선택" 의 구체적인 물리적 과정을 분석하는 새로운 아이디어를 제공합니다. 화성, 진싱, 수성은 모두 이온화 대기나 항성 반사 이온을 선택하는 과정을 가지고 있기 때문에, 연구 결과는 이 별들의 자미 중 자기장과 플라즈마의 비대칭 구조를 연구하는 데 참고의의가 있다.

달은 플라즈마의 좋은 흡수기이다. 자성 유체의 관점에서 볼 때, 태양풍이 달에 부딪힐 때 태양에 흡수되어 달 뒷면에 플라즈마 공동이 형성된다. 달은 절연체와 비슷하며, 행성 간 자기장은 방해받지 않고 달을 관통하여 플라즈마 공강으로 들어갈 수 있다. 그런 다음 자기 유체 압력 균형의 필요성으로 인해 주변의 태양풍이 점차 플라즈마 캐비티에 백필됩니다. 되메우기 과정은 주변의 행성 간 자기장을 희석하여 공강 중간의 자기장을 압착하여 증강시킨다. 이 세계적인 규모의 플라즈마와 자기장 교란은 달의' 후류' 를 구성한다. 플라즈마와 자기장의 관점에서 볼 때, 연구가들은 달의 꼬리가 태양풍에 대한 비대칭적 구조를 나타낼 것이라고 생각하지 못했다 (그림 1 참조).

이 연구에서 태양풍 농장과 관련된 새 좌표계를 만들어 이 데이터를 표시할 때, 달의 후류가 뚜렷한 비대칭 특징을 나타내는 것을 발견했다 (그림 2). 자기장과 플라즈마에 대한 추가 분석에 따르면 모든 매개변수는 전기장과 관련된 비대칭 분포를 나타냅니다. 특히 중요한 것은 이러한 매개변수가 전기장이 가리키는 후류 측면 (그림 3 의 각 그림의 오른쪽) 에서 두 개의 달 반경을 주기적으로 변조한다는 것입니다. 자기장은 주기적으로 증강되고 약해질 것이다 (그림 3A). 플라즈마 밀도는 점프 향상을 보여줍니다 (그림 3b). 플라즈마 속도가 간헐적으로 증가합니다 (그림 3c). 플라즈마 온도가 주기적으로 상승합니다 (그림 3d). 이러한 매개변수의 공간 주기는 약 2 개월 반경으로, 반사 입자 회전 주기 (그림 3 의 흰색/검은색 선에 표시된 태양풍 반사 이온의 궤적 참조) 의 전기장 이동 척도에 해당하므로 이들 사이의 인과 관계를 설명합니다.

분석에 따르면 달의 태양측 자기에서 비정상적으로 반사되는 태양풍 이온은 전기 표류와 큰 반경 회전을 거쳐 주기적으로 달의 별을 우회하여 꼬리로 들어갈 수 있는 것으로 나타났다. 꼬리에서 플라즈마 온도의 주기적 상승은 반사 이온이 주기적으로 꼬리에 침투한다는 직접적인 증거이다. 반사 입자가 꼬리에 들어갈 때 회전 단계의 차이로 인해 로컬 이온의 온도가 높아진다 (그림 3d). 침입 중에 이러한 반사 이온은 전기장의 작용으로 되메우는 태양풍 플라즈마와 전기장 방향으로 운동량을 교환합니다 (그림 4). 반사 이온이 전기장을 따라 움직이면 이온이 가속 (감속) 되고 태양풍이 전기장에서 이탈합니다 (그림 4). 이 과정은 백필된 태양풍 속도가 전기장 방향으로 진동하게 한다 (그림 3c). 태양풍 속도의 진동과 편향은 주기적으로 꼬리의 중심 영역을 압축하고 이완시켜 자기장 (그림 3a) 과 밀도 (그림 3b) 의 주기적 교란을 일으킬 수 있습니다. 이러한 결과는 전기장 방향이 태양풍 선택 과정의 주요 방향이며 전통적인 태양풍 방향은 중요하지 않다는 것을 보여 주며, 이는 태양풍 선택을 연구하는 구체적인 물리적 메커니즘에 새로운 단서를 제공합니다.

연구 성과는 국제 학술지 (장휘 *, 종군, 재클린, 조김빈, 푸술연, 진, 진) 에 발표됐다. 태양풍을 반사하는 의미 있는 달 후류 [j]. 지구 물리학 연구 익스프레스, 202 1, 48 (24). Doi:10.1029/2021gl096039). 이 연구는 중과원 B 급 시범 프로젝트 (XDB4 1000000) 와 국립자연과학기금 프로젝트 (41774175,4/KLOC

편집: 푸

교정: 진화청