振幅比地球还大，太阳风撞击地球会引起湍流，湍流再引发浮力波！
猛烈撞击地球白昼侧磁层的太阳风会引起湍流，就像机翼上方的空气一样，莱斯大学的物理学家已经开发出新方法来描述这如何影响夜间的太空天气。那里很少是安静的，太阳风绕着地球流动，进入黑夜，但在离地球更近的地方，等离子体块被湍流缠住，下沉到地球上。这种湍流会在等离子体中产生巨大涟漪，在过去十年开发的几个航天器和计算工具帮助下，由空间等离子体物理学家弗兰克·托夫莱托领导的赖斯科学家：
现在可以评估湍流引起的涟漪，即所谓的浮力波。这些波，或振荡，已经在沿远离行星夜侧的等离子体片底部的磁通量薄层中观察到，理论是第一个对它们运动进行量化的理论。这一理论为对流模型增加了另一个元素，这是一个成熟、酝酿了数十年的算法，可以帮助科学家计算内部和中部磁层将如何对威胁地球卫星、通信和电网的太阳风暴等事件做出反应。
托夫莱托、退休教授理查德·沃尔夫和前研究生亚伦·舒扎在：JGR《空间物理学》期刊上发表的新研究，首先描述了通过等离子体尾巴落向地球的气泡，这是沃尔夫和校友杜安·庞蒂斯在1990年预测的“爆发性块流”。从功能上讲，它们与由于重力而在大气中上下浮动的浮力气泡相反，但等离子体气泡对磁场的反应却相反。
当等离子体气泡到达内部等离子体片和保护性等离子体层之间理论上的丝状边界时，它们就失去了大部分的动量。这将刹车边界设置为温和的振荡，持续仅几分钟就会再次稳定下来。托夫莱托将这一动作比作一根拨动的吉他弦，很快就能恢复平衡。这个名字很花哨，叫做本征模式，研究人员正在试图找出磁层的低频本征模。虽然它们似乎与磁层的动态破坏有关，但对它们的研究还不是很多。
研究团队近年来通过模拟发现，磁层并不总是以线性方式对太阳风的稳定驱动力做出反应。系统中有各种各样的波浪模式，突发性散装流就是这样一种模式。每一次这些东西飞进来，当它们击中内部区域时，它们基本上都会达到平衡点；并以一定的频率振荡，找到那个频率就是本研究的全部内容。根据THEMIS航天器的测量，这些波的周期是几分钟，而且振幅往往比地球大。
了解系统的自然频率和行为可以告诉我们很多关于夜间等离子体的物理性质、它的运输以及它可能与极光有关的信息。这些现象中有很多是以极光结构的形式出现在电离层中，还不知道这些结构从哪里来，模型表明浮力波可能在环流的形成中发挥作用。环流由流动在地球周围的带电粒子和磁层亚暴组成，所有这些都与极光有关。
研究人员表示不超过十年前，许多磁层模拟“看起来非常统一，有点无聊”。莱斯大学小组正在与应用物理实验室合作，将对流模型纳入一个新开发的全球磁层代码“Gamera”中。现在，有了这样高分辨率模型和更好的数值方法，这些结构开始出现在模拟中。所有这些都对理解空间天气是如何工作的，以及这反过来如何影响技术、卫星和地面系统起到了很大作用。
博科园｜研究/来自：莱斯大学
参考期刊《空间物理学》
DOI: 10.1029/2019JA027516
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