美科学家宣布大气电离层研究取得突破性进展

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	美科学家宣布大气电离层研究取得突破性进展
	张树良
	2017-02-01
所属快报	地球科学快报
出版年	2017
期	3
语种	中文
领域	地球科学
栏目	大气科学
中文关键词	大气 ; 电离层
中文摘要	由美国国家航空航天局（NASA）戈达德太空飞行中心领衔的研究小组日前在美国地球物理联合会秋季会议（2016年12月14—16日）上宣布大气电离层研究取得突破，首次展示了关于大气电离层热与能量运移方式及其表现形式的新认识。
情报分析_信息来源性质	政府机构
情报分析_信息来源机构	美国国家航空航天局（NASA）
情报分析_机构类别	政府机构
情报分析_信息来源国家	美国
情报分析_信息类别	前沿研究进展
情报分析_研究主题	大气电离层研究
情报分析_研究内容	在上层大气，无数的粒子由于受到太阳强烈的紫外线辐射而分裂为正负离子，从而形成离子层，它是地球与太空的分界面。离子层由于同时受到来自大气以下波以及太空环境的双重影响，从而导致极光、通讯信号中断以及卫星故障等现象的发生，而这些现象具体的形成机理至今尚没有明确的认识。该最新研究成果首次揭示了电离层和大气热层之间的相互作用以及电离层以外的能量的转移过程，为太空气象所产生的能量如何向电离层转移提供了科学解释。电离层的变化主要由太阳活动所驱动。日冕物质抛射使得地磁层受到挤压，甚至导致地磁层重组。通过这种重组太空能量转移至地球大气系统，地球电磁场转变的连锁反应使得近地粒子向各个方向飞散，从而形成极光现象。但与此同时，这种能量转移过程也会产生不利影响：它能加热上层大气使得大气膨胀而产生“卫星曳力”效应，破坏近地卫星轨道，影响卫星的正常运行。以上是目前对于地磁风暴效应的基本认识，但该新研究成果表明，上述认识并非完全正确：事实上，太阳风暴的能量还会触发一种化学反应，在上层大气形成一氧化氮，一氧化氮的显著增加会产生“过冷却”现象、从而导致大气急速释放来自地磁风暴的能量，就如同上层大气热层突然被置于冷却模式。快速的能量损失抵消了先前的大气膨胀，从而导致上层大气“塌陷”，使得卫星所经过区域的大气密度比预想的还要低。基于该新研究，科学家首次对各种能够导致大气过冷却和上层大气“塌陷”的风暴类型进行了分类，从而实现了对太空能量向地球大气系统运移模式的准确识别。此外，新研究成果还揭示出太阳风暴能量转移过程是局部的、偶发的，并且部分依赖于电离层本身的状态。传统观点认为，能量从地磁层和大气层的运移取决于太阳风所输送的粒子和磁场的特征，但新的全球铱星系统的数据表明，上述能量运移方式更多地取决于地磁圈和电离层相互作用机制。该能量转移过程同地球雷暴过程中闪电的形成非常类似，太阳风在侵袭地磁层时会在电离层和地磁层之间的不同区域形成电势差，电流随之在这些区域之间形成，从而开辟了电能向电离层释放所需的传导路径。地球闪电持续仅数毫秒时间，而地磁圈和电离层之间的“闪电”会持续数小时，且所传输的能量也比地球闪电高数百只数千倍。科学家表示，上述成果标志着有关大气电离层的研究取得了新的突破，或将带来有关地球大气系统认识的革命，但相关问题仍需深入研究，为此，2017年NASA将启动对电离层—地磁层动态区域的卫星观测任务：通过发射ICON和GOLD卫星，对电离层中带电粒子和大气层中的中性粒子的特征展开分析，以获得有关电离层变化的全球性认识。
原文题名	Revolutions in understanding the ionosphere, Earth's interface to space
原文链接	查看原文
文献类型	快报文章
条目标识符	http://119.78.100.173/C666/handle/2XK7JSWQ/180273
专题	地球科学
推荐引用方式 GB/T 7714	张树良. 美科学家宣布大气电离层研究取得突破性进展. 2017.