新研究模拟了前震波向地球的传输

由赫尔辛基大学学院研究员Lucile Turc领导并得到伯尔尼国际空间科学研究所支持的国际科学家团队对 近地空间电磁波的传播进行了三年的研究。该团队研究了太阳风与地球磁场碰撞区域(称为前震区)中的波浪，以及这些波浪如何传输到激波的另一侧。该研究的结果现已 发表在《自然物理学》上。

“自 1970 年代首次发现波浪以来，波浪如何在冲击波中幸存下来一直是个谜。从未在激波的另一侧发现过这些波浪的证据”，图尔克说。

该团队使用了由Minna Palmroth教授领导的小组在赫尔辛基大学开发的尖端计算机模型 Vlasiator 来重建和理解波传输中的物理过程。对模拟的仔细分析揭示了在激波的另一侧存在波浪，其特性与前震几乎相同。

Lucile Turc 说：“一旦知道要寻找什么和在哪里寻找，就会在卫星数据中找到清晰的波浪特征，从而证实数值结果”。

前震波可以进入地球磁场

在我们的星球周围有一个磁泡，即磁层，它保护我们免受太阳风的影响，太阳风是来自太阳的带电粒子流。电磁波表现为地球磁场的微小振荡，经常被太空和地面的科学天文台记录下来。这些波可能是由不断变化的太阳风的影响引起的，也可能来自磁层外部。

电磁波在我们星球周围造成不利的太空天气方面发挥着重要作用：例如，它们可以将粒子加速到高能，从而损坏航天器的电子设备，并导致这些粒子落入大气层。

在地球面向太阳的一侧，科学天文台经常记录到与在地球磁层之前形成的那些波同步的振荡，在 称为前震的空间区域中唱出清晰的磁歌。

这导致太空科学家认为两者之间存在联系，前震中的波可以进入地球磁层并一路传播到地球表面。然而，一个主要障碍在于他们的方式：波必须在到达磁层之前穿过激波。

“起初，我们认为 1970 年代提出的最初理论是正确的：海浪可以原封不动地穿过激波。但是波浪特性存在不一致，该理论无法调和，因此我们进行了进一步研究”，Turc 说。

“最终，很明显事情比看起来要复杂得多。我们在震后看到的波与前震中的波不同，而是前震波周期性冲击在震后产生的新波。”

当太阳风流过激波时，它被压缩和加热。冲击强度决定了发生多少压缩和加热。Turc 和她的同事表明，前震波能够调节激波，使其在波谷或波峰到达激波时交替变强或变弱。结果，激波背后的太阳风周期性地变化并产生新的波，与前震波一致。

数值模型还指出，这些波只能在激波后面的一个狭窄区域内被探测到，而且它们很容易被该区域的湍流所掩盖。这可能解释了为什么以前没有观察到它们。

虽然前震产生的波浪在地球的空间天气中只发挥有限的作用，但它们对于理解我们宇宙的基本物理学非常重要。