关于发现包围地球的新磁气圈的研究

美国范德堡大学戴尔天文台的科学家查尔斯-查贝尔教授在最新一期出版的《地球物理学研究》杂志上详细公布了他关于地磁圈的发现。

他通过对比分析5颗人造卫星获得的数据，最终发现了这一新的地球磁气圈，这一新发现的区域其实就是地球磁气圈的一个组成部分。地球南北两极的极光不过是磁气圈仅有的两个可见部分，虽然磁气圈并不可见，但它却是地球宇宙环境的关键部分。查贝尔教授介绍说，“虽然它不可见，但磁气圈却与我们的日常生活有着极大的干系。比如，当太阳风侵袭地球磁气圈时，会引起电力中断、干扰电磁波发射、影响GPS信号等问题。磁气圈中的带电粒子甚至还可能会损害卫星上的电子部件、影响大气温度以及大气层上层运动等。”

他利用“自然加电循环”方式加速地球磁气圈中的低能离子，一直到它们具备了磁气圈中不同区域的高能离子的特征。通过这种方式，科学家发现了这一新区域的存在。这一温暖的离子区是一片狭长的区域，始于地球的夜光面，覆盖于日光面，但在下午的一侧又慢慢开始减弱。因此，它大概只环绕了地球四分之三的外围。该区域由低能带电粒子组成，这些粒子在地球磁极上空进入太空，随后又由于地球磁场原因以180度大转变重新加速返回地球磁场。

科学家们根据地磁圈的发现进一步研究，而天文学家们新发现的太阳系外有行星的恒星数量在不断增长，已经证实的约有200个，它们当中在部分看上去都与木星非常相似，科学家们因此将它们称为“热木星”，对这些恒星的探测工作仍然在进行当中。

但是这些恒星究竟有什么样的特性，其行星系统是如何形成的，为什么它们周围的行星质量都非常大，与恒星之间的轨道距离都很小，这一切对我们来说都还是一个谜。天文学家们猜测要回答这些问题的话，恒星周围的磁气圈可能会发挥重要的作用。

关于地球磁气圈是“汪洋大盗” 偷走大气层气体的研究

芭拉芭什认为金星从未有过磁气圈，而火星的磁气圈在35亿年前出现了明显损伤。考虑到地球、火星和金星这3颗行星的不同质量、大气层构成成分和它们与太阳的距离，芭拉芭什分别计算出了这3颗行星失去氧离子的速率。他聚焦于氧离子是由于它们是这3颗行星电离层中存在数量最多的离子，同时，他发现地球损失氧离子的速率要比其他2颗行星快三倍。

芭拉芭什指出，行星的磁气圈要远大于该行星所在的大气层，这意味着带有磁场的行星将从太阳风中吸引更多的能量，这些额外能量将呈现漏斗状朝向地球磁极，因此在地球极地上空电离层的分子能够加速逃逸。目前，他将这项研究报告发表在5月份荷兰诺德韦克市召开的行星学对比研究国际会议上。

欧洲宇航局恒星簇计划中显示地球极地每年逃逸的离子数量是其他太阳行星的两倍。当我们承受于低太阳活动状态下，强烈的太阳风对于年轻的地球和火星形成早期大气层扮演着重要角色。芭拉芭什计算显示，受磁气圈影响，地球大气层每年损失6万吨气体，而对比地球大气层数千万亿吨的气体总重量，这一损失量并不会对大气层构成损害。

首先就是开发出一个计算机程序，该程序可以预测离子在地球磁场中究竟是如何运动的。利用该计算机程序分析了卫星观测数据，首次清晰地看到了某些图案。

科学家们曾对地球形成早期的“孩童时期”进行了研究，并记录下了保护地球免遭太阳风暴破坏的地球磁场的最早数据。这一研究有助于更准确地推算地球生命起源的时间。地球磁场变化的历史对科学家了解地球内部的深层变化以及大气演变、陆地生命的早期进化起到关键作用。但科学家截至2007年很难确定地球磁场的形成时间。美国罗彻斯特大学的地球物理学家对最早期地球磁场进行了直接测量，发现磁气圈早在32亿年前，在绕地球运行的28天中，其中有7天的时间月球的某些部分也受到地球磁气圈的保护。

美国华盛顿大学地球与空间科学助理研究教授埃莉卡-哈娜特说，“我们发现，月球有一部分区域会完全处于磁气圈的保护之下，而其它的地方不受保护。”太阳暴中产生的高能太阳粒子携带足够的能量导致地面通信中断甚至摧毁环地球轨道上的卫星。在太阳暴中，来自地球电离层的粒子，主要是氧，也变得相当活跃。尽管它们不如高能太阳粒子那么活跃，但它们依然对在月球上工作或去往火星的宇航员构成极大威胁。利用计算机模拟磁气圈的特性，哈娜特发现，虽然太阳暴可能增加来自撞击月球的电离层粒子的危险，但它们也可能引起磁气圈中使无数危险的太阳粒子转向的情形。

木星极光是在木卫三的磁气圈产生的引力影响下形成的。

木星最大的卫星----木卫三也是它拥有的唯一一颗有强磁场的卫星。截至2009年，现科学家利用哈勃太空望远镜获得的数千张图片，发现在木星极区看到的非常壮观的极光，是在木卫三的磁气圈产生的引力影响下形成的。

木卫三和非常活跃的木卫一在围绕木星运行时，会与这颗行星的等离子体相互作用，在木星极区产生明亮的斑点，这些亮斑被称作“极光足印(auroral footprints)”。然而，直到现在也没有人知道木卫三的足迹到底有多大，以及为什么木卫三会导致木星极区产生美丽壮观的极光。

研究人员通过分析哈勃太空望远镜拍摄的图片，测量出木卫三脚印的确切大小，他们认为这些斑点的面积太大，根本不是卫星在这颗行星上的投影，而且它的直径跟木卫三的保护性磁场的直径非常相符。科学家还测量了木卫一极光足印的大小及形状，这是由木卫一上活跃的火山喷发出来的带电粒子造成的。

比利时列日大学(University of Liege)的天体物理学家丹尼斯·格伦顿特(Denis Grodent)说：“这些极光结构中的每一个都在告诉我们一个正在进行中的故事——在遥远的木星上正进行着大规模能量传输。通过分析这些极光的确切位置，以及木卫一和木卫三围绕木星运行时，它们的形状及亮度发生的改变，我们已经制作出迄今为止最为详细的模拟图，模仿木星与这些卫星之间的电磁作用。”格伦顿特2009年，在德国举行的欧洲行星科学大会上详细介绍了这项研究结果。

格伦顿特和他的科研组除了把木卫三的极光足印与它的磁场结合在一起外，还意外在这颗卫星极光的亮度方面发现周期性变化，这些变化发生在三个不同时刻。研究人员认为，每次变化都反映了木星的等离子体与木卫三的磁场之间发生了相互作用，但是至今他们也不清楚是什么引起这种相互作用的。