令人驚嘆的等離子體實驗：科學家在實驗室中模擬地球的磁層

磁層在任何被磁化的物體周圍形成，例如一個星球，它被浸泡在被稱為等離子體的電離氣體流中。由于地球擁有一個固有的磁場，這個星球被一個巨大的磁層所包圍，這個磁層延伸到太空中，阻擋了來自太陽和恒星的致命的宇宙射線和粒子，并使生命本身得以存在。

在AIP出版社出版的《等離子體物理學》中，來自普林斯頓大學、加州大學洛杉磯分校和葡萄牙里斯本高等理工學院的科學家們報告了一種在實驗室中研究較小磁層的方法，有時只有幾毫米厚。

這些小型磁層已經在彗星周圍和月球的某些區域附近被觀察到，并被認為可以推動航天器。它們是研究較大行星大小的磁層的良好試驗臺。

以前的實驗室實驗已經進行，利用等離子體風洞或高能激光來創造迷你磁層。然而，這些早期的實驗僅限于對磁場的一維測量，并沒有捕捉到科學家們需要了解的全部三維行為。

作者Derek Schaeffer說：“為了克服這些限制，我們開發了一個新的實驗平臺，在加州大學洛杉磯分校的大型等離子體裝置（LAPD）上研究微型磁層。”

這個平臺將LAPD的磁場與一個快速激光驅動的等離子體和一個電流驅動的偶極子磁體相結合。

LAPD磁場提供了一個太陽系行星際磁場的模型，而激光驅動等離子體提供了太陽風的模型，偶極子磁鐵提供了一個地球固有磁場的模型。電動探針允許通過結合數以萬計的激光射擊數據進行系統的三維掃描。

使用這種設置的一個好處是，磁場和其他參數可以被仔細改變和控制。如果偶極子磁鐵被關閉，磁層的所有跡象都會消失。當偶極子的磁場被打開時，可以檢測到一個磁層，這是磁層形成的關鍵證據。

磁層頂是磁層中來自行星磁場的壓力與太陽風完全平衡的地方。實驗顯示，隨著偶極磁場的增加，磁層頂會變得更大更強。

對磁層頂的影響是通過計算機模擬來預測的，研究人員進行模擬是為了更全面地理解和驗證他們的實驗結果。這些模擬也將指導未來的實驗，包括利用最近安裝在LAPD上的陰極的研究。

Schaeffer說：“新的陰極將使等離子體流動更快，這反過來將使我們能夠研究在許多行星周圍觀察到的‘弓形沖擊’。”

其他實驗將研究磁重聯，這是地球磁層的一個重要過程，其中磁場湮滅釋放出巨大的能量。