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导语：太空中的电流是如何以及何时被发现的？作者：夕阳
现代社会依赖于电流 。 我们可以生成它们 ， 将它们从一个地方引导到另一个地方（包括非常偏远的地方） ， 并使它们为我们工作 。 电力的使用为人类带来了最大的技术进步 。 但电流本身也会在自然界中发生 ， 并在外太空“表演” 。 地球物理联盟刚刚出版的一本新书《地球空间及其他领域的电流》探讨了我们对太阳系电流的最新理解 。 在这里 ， 编辑们回答了有关该领域过去和最近进展的一些问题 。
太空中的电流是如何以及何时被发现的？
早在 1779 年 ， 科学家、发明家和政治家本杰明·富兰克林就谈到了导致北极光的大气中的“电量” 。
很久以后 ， 在 1908 年 ， 挪威空间物理学先驱克里斯蒂安·伯克兰提出了第一个电流到达太空的理论 。
所有这一切都发生在太空时代到来之前很久 ， 当时第一个现场证据是在 1960 年代使用卫星获得的 。
现在可以理解 ， 外层空间本质上是电的 。
如何观察和测量这些电流？
由于电流由移动的带电粒子（例如离子和电子）组成 ， 因此测量电流的最直接方法是探测和计数单个粒子 。 在卫星上飞行的高度调谐仪器正是这样做的 。 正如人们所预料的那样 ， 虽然粒子计数非常具有挑战性 ， 但人们也可以利用电流在它们周围产生磁场这一事实 ， 而磁场又可以通过称为磁力计的仪器更容易地测量 。 从这些磁场中 ， 人们可以使用麦克斯韦方程推断出潜在的电流 。
事实上 ， 这种遥感使我们能够从地面磁力计推断外太空中的一些电流 。 然而 ， 一个困难是将同一位置的场贡献与同时存在的几个遥远的电流分开 。
在太阳电流的情况下 ， 带电粒子和磁场都不能直接测量 ， 因此使用了另一种方法 ， 它依赖于磁场在太阳光上留下的特征（由于塞曼影响） 。 这允许推断出磁场 ， 然后推断出电流 。
【太空中的电流是如何以及何时被发现的？】近地空间电流的主要特征是什么？
在我们的家中和城市里 ， 电流是沿着细线引导的 ， 但在外太空却远非如此 。 电流分布在几百米到几万公里的范围内 ， 它们的累积量级比地球上的任何电流都要大得多 。 例如 ， 强度为 2 至 4 百万安培 (MA) 的环形电流在赤道电流片中以闭合回路的形式流动到 60000 公里的距离 ， 并在此距离之外并入夜侧的磁尾电流 。 尾流的强度超过 10 MA ， 并在磁尾的黎明和黄昏两侧被磁层顶的查普曼-费拉罗电流系统关闭 。 场对齐电流沿着背景磁场在电离层和磁层之间流动 ， 幅度为 1-3 MA 。
电流系统的特性如何在其他行星和日球层天体周围变化？
有趣的是 ， 电流以类似的方式在具有电离层和磁层的行星周围组织起来 ， 同时受到太阳风的冲击 。 与地球相比 ， 土星和木星的环电流分别约为 10 和 90 MA ， 而尾电流分别大于 10 和 70 MA 。 在土星和木星 ， 电离层和磁层之间的大规模场对齐电流可以分别达到 6 和 60 MA 的大小 。 相比之下 ， 太阳的电流要大几个数量级 。 例如 ， 太阳黑子附近太阳表面的电流通常为100000-1000000 MA 。
该领域最近有哪些研究进展？
过去 20 年在近地空间发射的多航天器任务 ， 以及综合的地面仪器网络 ， 促进了对磁层和电离层中电流系统的理解——比如与亚暴相关的那些 ， 以及在较小尺度上与快速磁层等离子流的爆发、尖端电流系统、多场对齐电流的尺度结构 ， 或电离层电流的三维结构 。
在太阳物理学中 ， 用于推断太阳表面电流的太空仪器的出现导致了前所未有的质量和分辨率的测量 ， 从而产生了许多新的研究成果 。
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