http://www.physorg.com/news116596840.html
December 11, 2007
已於今年二月發射升空的五顆衛星，要探測環繞地球的磁暴，將於下個月移進初期觀測地點，不過，它們已在太陽風與地球磁場間的互動中，產生重要的新資訊。NASA 的 Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms（THEMIS，台譯西蜜斯）任務，由 UCB 管理、運作，利用過去 10 個月它在太陽與地球之間的軌道位置，觀察快速發展的磁副暴（substorm）的動力學，確認巨大磁索（magnetic ropes）的存在，並目擊地球磁場外緣的小型爆發。
這些發現於 12/11 當天，在舊金山 American Geophysical Union 年會的媒體簡報中演示。
這些發現始於 3/23，當時一個磁副爆在阿拉斯加與加拿大上空爆發，產生了鮮明的極光達二小時以上。磁副爆是地球大氣中能量的突然爆發，接著使如同窗簾般起伏的北極光變成過度活躍的燈光秀，可持續數分鐘到數小時。
一個地面相機與磁力計網路，從阿拉斯加向東延伸到加拿大，從下面拍攝這場展示並記錄磁場改變，而同一時間衛星在上方測量粒子與場。
"磁副暴的表現完全在意料之外，" THEMIS 的首席研究者 Vassilis Angelopoulos，一位 UCLA 的地球與太空科學副教授，同時也是 UCB 太空科學實驗室的研究者。"極光向西浪湧二次，比任何人所想的還要快，不到 1 分鐘就橫越經度 15 度。極光正好在 60 秒時，橫越整個極地時區，或 400 英里。"
地面相機所拍攝的畫面，與 NASA 的極地衛星呈現出一系列不連續的（staccato）爆發，每次持續約 10 分鐘。Angelopoulos 表示在某些爆發逐漸消失時，其他的彼此互相增強，然後開始變成 一個主要的開始（onsets）。
Angelopoulos 表示他對於磁副暴的威力感到印象深刻，並估計二小時事件的全部威力在 50 兆焦耳。這相當於規模 5.5 的地震。這些能量打哪來？THEMIS 或許會發現答案。
"衛星們已經發現地球上層大氣的磁索與太陽有直接關連的證據，" David Sibeck 說，NASA Goddard 航太中心的發射（project）科學家。"我們相信，太陽風粒子沿著這些索流動，提供能量給地磁風暴與極光。"
磁索是一個被扭絞的磁場束（bundle of magnetic fields），其組織很像一捆被搓捻的麻繩。太空船先前已偵測到這些磁索的跡象，不過單一一部太空船無法充分測繪它們的 3D 結構。THEMIS 5 顆同樣的微衛星能夠達成這項功績。
"THEMIS 在 3/20 遇到它第一條磁索，" Sibeck 說。"它相當大，約跟地球一樣寬，而且位於地球上方約 7 萬公里，一個稱為磁層頂（magnetopause）的區域。" 磁層頂是太陽風與地球磁場相會之處，而且如相撲選手般相互推擠。在此，磁索形成，並於幾分鐘內拆散，成為太陽風能源短暫卻重要的導管。
THEMIS 也觀測到一些地球磁弓衝擊波（magnetic bow shock）的爆發。"弓形衝擊波如同小船前頭的舷波（弓形波），" Sibeck 解釋。"在此太陽風首度受到地球磁場的影響。有時太陽風當中的電流爆發將撞及弓形衝擊波，然後砰！我們得到一次爆發。"
根據 UCB 研究物理學家 Jonathan Eastwood 表示，一次這樣的爆發發生在 7/4（譯註：美國國慶日）釋出相當於 1 億根鞭炮的能量（10G 焦耳）。這些所謂的「熱流異常（hot flow anomalies）」是在太陽磁場擊中弓形衝擊波，並且從每小時 100 萬英里變成 0 的中斷過程中發生 -- 跡象就是一道電流。電漿區域快速地被加熱 10 倍，達到攝氏 1000 萬度，成為一次被三顆THEMIS 探測器所記錄的能量爆發，那可是從 0 開始的，Eastwood 說。
將近 2 打的地面觀測站從這次爆發中捕捉到反衝（blowback），一道磁壓脈衝在 3 分鐘內以 6 萬 mph 的速度橫越整個北美洲，從東海岸到西海岸。
"The unique combination of the THEMIS satellites and the ground based observatories allowed us to follow the event from the cradle to the grave, and has given us new insights into the basic physics that drive these and other magnetospheric events," Eastwood 說。
Eastwood 希望在 THEMIS 的任務期間，它將能記錄其他熱流異常，那平均每日發生三次，以闡明它們的起因與演化。
THEMIS 衛星配有能測量太空中離子、電子與電磁輻射的儀器。從 1 月到 3 月，這些衛星將在太陽--地球的直線上排成一列，以完成它們的關鍵測量。研究者預計要觀察，這次第一次，磁副暴在太空中開始的起源，並學習更多它們的演化。來自於美、加、西歐、俄羅斯與日本的科學家將在未來二年促成這次科學調查。
THEMIS 是 NASA Explorer Program（探索計畫）當中的第五級中級任務，該計畫提供頻繁的飛航機會給世界級的太陽物理學與天體物理學科學研究。
※ 相關報導：
＊ 台灣西蜜斯團隊
http://themis.ss.ncu.edu.tw/taiwan_themis.htm
＊ NASA - THEMIS Mission Site
http://www.nasa.gov/mission_pages/themis/main/index.html
＊ NASA 太空船五重奏 追蹤磁場風暴
＊ 科學家首度在 3D 中觀測近地磁「舞」
＊ 可阻擋輻射的太空防護罩
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西蜜斯任務 揭開極光舞動之謎
【閻紀宇／綜合報導】 2008-07-26 中國時報
地球南北兩端的極光（aurora）不但美麗絢爛，而且不時會在夜空之中大放異彩、龍飛鳳舞，這是什麼原因？美國「國家航空暨太空總署」（NASA）的科學家最近揭曉謎底：地球磁場延伸到太空的部分因為「磁力線重聯」（magnetic reconnection）而發生「磁層副暴」（substorm），因此讓極光更加燦爛奪目。
這項發現來自航太總署「西蜜斯任務」（Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms，THEMIS mission）今年2月26日的觀測結果，論文將發表在8月14日出刊的《科學》周刊。西蜜斯5枚衛星去年2月17日發射升空，主要目標是研究磁層副暴的成因、時間與過程。台灣學者由中央大學太空科學研究所許志浤教授領軍參與，目前正進行3項子計畫。
磁層副暴不僅帶來美麗的極光，釋放的大量能量還可能傷害在地球軌道作業的太空人，破壞人造衛星的電子元件，影響地面的電力供輸網絡。因此研究磁層副暴對於預防這些災將極具助益，然而40多年來科學家對於磁層副暴的成因與過程一直爭議不休，尤其是磁力線重聯的角色更是爭議焦點。
西蜜斯2月26日觀測的磁層副暴發生在距離地球約12萬8000公里的太空，約為地球與月球距離的1/3，當天夜間北美洲高緯度地區都可以看到亮度突然升高，像彩帶一般舞動的北極光。研究人員結合衛星與20個地面觀測站的資料，終於證實磁層副暴的確是由磁力線重聯引發。
「西蜜斯」首席科學家、加州大學洛杉磯分校（UCLA）教授安傑洛普洛斯（Vassilis Angelopoulos）表示，地球的磁場在太空中攔截儲存來自太陽風（高速帶電粒子）的能量，導致磁力線出現彎曲與延伸，一旦超過負荷就會發生磁力線重聯，「斷裂」的磁力線有如巨大的橡皮筋奮力彈射，將大量帶電粒子送入地球大氣層，形成所謂的「磁層副暴」，也讓極光出現令人目眩神迷的變化。
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