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太空物理知識
 
     
  兩種模型:西蜜斯的判決  
     
 

        西蜜斯任務將判定導致極區突然變化的磁層變動事件發生的時間點;極區的突然變化,從單一靜止的綠色極光弧,轉變成許多繽紛耀跳的極光弧,躍跨過天際。我們稱此極區的突然變化為〝極光爆發〞(auroral eruption),此一極光爆發的現象和在磁層發生的變動事件,合在一起即為人們所熟知的〝磁副暴起始〞(substorm onset)。

 
     
 

        當我們在觀察極光爆發現象時,我們已知有哪些現象發生會發在磁尾,但是它們發生的太快,而且是在如此〝狹小〞的區域中,因此一直以來,沒有人能夠確 切地決定出一連串事件的發生順序。在磁副暴起始時,主要會有三個相關的事件發生:〈1〉電流中斷 (current disruption)〈2〉極光爆發 (auroral eruption)〈3〉磁力線重聯 (magnetic reconnection)。

 
     
 
 
     
 

        圖所展示的是各相關事件在磁副暴起始時相對於地球和地球磁層所發生的位置,地球為中左邊的圓形,白色部分為日側半球,灰色部分為夜側半球,圖上所呈現的線條代表著磁尾部分的磁場線,圖中並標示出地面觀測站 (Ground Based Observatoriesm, GBOs) 和五枚西密斯任務衛星 (以不同的顏色點表示) 所在的相對位置,之後西密斯便可透過適當時序的討論判定出一連串事件的發生順序。

 
     
 

        太空科學家們一般相信這一連串的事件,會以下表所呈現的兩種時間序列中的其中一種方式發生:

 
     
 
CD 時間序列:電流中斷模型
Current Disruption Model
MR 時間序列:磁力線重聯模型
Magnetic Reconnection Model
時間
事件
00秒後
電流中斷
30秒後
極光爆發
60秒後
磁力線重聯
時間
事件
00秒後
磁力線重聯
30秒後
電流中斷
60秒後
極光爆發
 
     
 

        西蜜斯將如何判定出哪一種時間序列或是哪一種模型時是正確的呢?首先,二十座全天象照相機將分別放置在加拿大地區和阿拉斯加地區;另外,10座磁力計將會被放置在北美地區,這些儀器將會觀測極光爆發所帶來的特徵現象。

 
     
 

        此外,西蜜斯的五枚衛星將會被放置在特別的軌道上,使得這五枚衛星每四天將會在磁尾排成一列,如上圖所示,每一枚衛星將會在相同的時間點上,同時量測粒子和磁場的變化,如此一來科學家們便可分析所得到的資料,找到各事件發生的時間紀錄和磁副暴事件的發生;或者就如 Principal Investigator Vassilis Angelopoulos 博士所說的:我們將會發現在磁副暴發生時,各事件相互之間的時間序列紀錄和相互之間的宏觀影響 (we will discover the Time History of Events and Macroscale Interaction during Substorms (THEMIS))。

 
     
 

        西蜜斯任務 (THEMIS) 是以西蜜斯 (themis) 正義女神之名命之,因此此一任務的目標,就是客觀無私且正義公平地判決出以上所提出的兩種模型,何者為正確的。

 
     
     
 
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