月球与太阳风的相互作用
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中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气全国重点实验室谢良海研究员、李磊研究员与澳门科技大学博士生易思琦、徐晓军教授合作,利用先进的三维时变磁流体力学(MHD)模拟,首次揭示月球内部的金属月核在“感受”到太空磁场突变时,会像电磁感应一样产生感应电流和感应磁场,这股力量会挤压月球周围的太阳风,在月球两侧边缘形成一道特殊的“压缩带”。
作为距离地球最近的天体,研究月球内部结构及其与太阳风的相互作用,不仅有助于认识类地天体的形成与演化过程,也为未来深空探测任务提供重要科学依据。
磁场及粒子密度的压缩特征在不同平面的动态变化。图片来自:中国科学院国家空间科学中心
月球临边压缩表现为月球尾迹外侧等离子体密度和磁场强度的增强。以往研究普遍认为,这一现象源于月球局部磁异常对太阳风的偏转作用。然而,月核对IMF跃变产生的感应响应同样会影响月球周围的等离子体环境,从而形成压缩结构。
月核感应磁场引起月球临边压缩的物理机制示意图。图片来自:中国科学院国家空间科学中心
月球虽然没有全球性磁场,但内部有一个导电的金属月核。当太空中来自太阳的行星际磁场发生突然变化时,月核内部会像发电机一样感应出环形电流,进而在月球周围产生一个瞬间变化的感应磁场。这种感应磁场会影响月球周围的等离子体环境,最终形成临边压缩结构。此次,研究团队通过三维模拟技术,清晰还原了这一过程。
在此基础上,研究团队进一步通过数值模拟研究月核半径、月核电导率以及上游磁场变化对月球内部感应响应及其所引起的临边压缩的影响。研究显示,模拟的月核半径越大、电导率越高,以及外部磁场突变越强,临边压缩现象就越明显;但当月核电导率超过一定数值后,再增加电导率对结果影响不大,这与经典导电球体磁感应理论预期一致。
该研究揭示了月球导电核在太阳风与月球相互作用中的重要作用,也为未来结合数值模拟与嫦娥七号磁场观测数据进一步约束月球内部结构提供了重要参考。
综合自:中国科学院国家空间科学中心 科技日报