『地球』重磅！在地球周围空间中发现铁，超乎意料：空间不是真的是空的！
利用欧空局“Cluster Constellation”任务18年来的数据 ， 科学家们绘制了地球周围空间中的重金属地图 ， 发现了出人意料的铁分布和流动 ， 并揭示了我们宇宙环境的组成 。空间通常被认为是没有物质的空荡荡区域 ， 但空间并不是真的空的：物质的分布只是非常非常稀疏 。在地球附近 ， 科学家称之为“地球空间”的空间实际上充满了带电粒子：带负电荷的电子和带正电荷的离子混合物 。
令人惊讶的发现
这些离子是我们在地球空间中看到电动力学过程中的关键角色 ， 并促成了宇宙这一部分动荡多变的性质 。研究使用了欧空局于2000年8月发射的“Cluster Constellation”任务数据 ， 该任务在太空中即将迎来20周年纪念日 ， 以探索一种被认为在地球附近相对罕见的重要离子：铁 。通过深入研究从2001年到2018年收集的数据 ， 研究人员发现了地球空间中出人意料的铁分布 。
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（上图所示）太阳(左)和太阳风(右)是一种持续流动的带电粒子（带负电荷的电子和带正电荷的离子）渗透太阳系并影响地球磁环境(右) 。图片：ESA; Sun: ESA/NASA/SOHO/LASCO/EIT
其研究发现现已发表在《地球物理研究》期刊上 ， 马克斯·普朗克太阳系研究所和挪威卑尔根大学伯克兰空间科学中心的主要作者斯坦·哈兰德说：虽然数量很少 ， 但到处都发现了铁：在观测覆盖的整个地球空间区域 ， 以及在近地太阳风中不断涌出的带电粒子 ， 在大约10%的观测中发现了铁 ， 考虑到铁离子的相对稀缺性 ， 这是令人惊讶的 ， 没想到会这么频繁地发现它 。
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然而 ， 令人惊讶的不是铁本身的存在 ， 而是它的性质 。日本宇宙航空研究开发机构/美国国家航空航天局(JAXA/NASA)的GeoTail卫星 ， 花了25年多的时间观察地球磁环境 ， 在2017年探测到地球空间中的单电离的铁 ， 这些铁原子只被剥离了最外层的电子 。新研究结果不仅证实了这一发现 ， 而且提供了这幅图景一个重要的新部分 。
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欧空局“Cluster Constellation”任务观测集中在比GeoTail高得多的能量范围 ， 让我们对地球周围的空间有了更全面的了解 ， 不仅探测到了单电离的铁 ， 也探测到了多电离铁 。这些离子处于更高的能量状态 ， 已经被剥夺了一个以上的电子 。太阳风中的铁往往以较高电荷状态出现 ， 所以需要这个更宽、更高的能量范围来了解太阳风及其对地球磁环境的影响 。
地球周围空间中的铁来源
离子可以从上方或下方进入地球空间 ， 一些从地球大气层向上移动 ， 而另一些则从太阳风流入 。铁等重金属的来源仍然存在争议——这些离子从哪里来 ， 对我们地球周围看到的现象有何贡献？GeoTail的观测重点是铁从地球大气层向上移动 ， 能量相当低 。研究发现 ， 来自太阳的铁要多得多 ， 能量也要高得多 。同时还在地球极冠上方的区域发现了铁 ， 这是GeoTail观测没有覆盖的地方 。
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在先前研究成果的基础上 ， 这项新研究更深入地探索了电离铁的潜在来源 。这是理解地球空间、磁层、太阳风的动力学和特性 ， 以及这些结构如何相遇和相互作用的关键因素 。之前的研究提出 ， 在较高纬度探测到铁离子可能是由于多种因素造成 ， 包括陨石进入地球大气层并破裂 ， 从大气层某些层升起的粒子 ， 甚至是从月球抛出的粒子 。然而 ， 新观测结果并没有显示这些过程中任何一个过程令人信服的证据；
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