运用欧空局“Cluster Constellation”使命18年来的数据，科学家们制作了地球周围空间中的重金属地图，发现了出其不意的铁散布和活动，并提醒了咱们世界环境的组成。空间一般被以为是没有物质的空荡荡区域，但空间并不是真的空的：物质的散布仅仅十分十分稀少。在地球邻近，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。
令人惊奇的发现
这些离子是咱们在地球空间中看到电动力学进程中的要害人物，并促成了世界这一部分动乱多变的性质。研讨运用了欧空局于2000年8月发射的“Cluster Constellation”使命数据，该使命在太空中行将迎来20周年纪念日，以探究一种被以为在地球邻近相对稀有的重要离子：铁。经过深化研讨从2001年到2018年搜集的数据，研讨人员发现了地球空间中出其不意的铁散布。
（上图所示）太阳(左)和太阳风(右)是一种持续活动的带电粒子（带负电荷的电子和带正电荷的离子）浸透太阳系并影响地球磁环境(右)。图片：ESA; Sun: ESA/NASA/SOHO/LASCO/EIT
其研讨发现现已宣布在《地球物理研讨》期刊上，马克斯·普朗克太阳系研讨所和挪威卑尔根大学伯克兰空间科学中心的首要作者斯坦·哈兰德说：尽管数量很少，但到处都发现了铁：在观测掩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，这是令人惊奇的，没想到会这么频频地发现它。
但是，令人惊奇的不是铁自身的存在，而是它的性质。日本世界航空研讨开发组织/美国国家航空航天局(JAXA/NASA)的GeoTail卫星，花了25年多的时刻调查地球磁环境，在2017年勘探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。新研讨效果不只证明了这一发现，并且供给了这幅图景一个重要的新部分。
欧空局“Cluster Constellation”使命观测会集在比GeoTail高得多的能量规模，让咱们对地球周围的空间有了更全面的了解，不只勘探到了单电离的铁，也勘探到了多电离铁。这些离子处于更高的能量状况，现已被掠夺了一个以上的电子。太阳风中的铁往往以较高电荷状况呈现，所以需求这个更宽、更高的能量规模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历
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。铁等重金属的来历依然存在争议——这些离子从哪里来，对咱们地球周围看到的现象有何奉献？GeoTail的观测重点是铁从地球大气层向上移动，能量适当低。研讨发现，来自太阳的铁要多得多，能量也要高得多。一起还在地球极冠上方的区域发现了铁，这是GeoTail观测没有掩盖的当地。
在从前研讨效果的基础上，这项新研讨更深化地探究了电离铁的潜在来历。这是了解地球空间、磁层、太阳风的动力学和特性，以及这些结构怎么相遇和相互作用的要害要素。之前的研讨提出，在较高纬度勘探到铁离子可能是由于多种要素形成，包含陨石进入地球大气层并决裂，从大气层某些层升起的粒子，乃至是从月球抛出的粒子。但是，新观测效果并没有显现这些进程中任何一个进程令人信服的依据；
（上图所示）欧空局“Cluster Constellation”使命期间集群航天器之间的间隔。图片：ESA
相反，研讨人员以为铁直接来自太阳，关于铁的散布和存在数据跟着时刻的推移而改变，其方法与地球磁场的扰动和太阳活动长时刻动摇相匹配。这标明，地球周围空间中的大部分铁来自经过磁层的太阳风，而不是从地球的大气层向上传达。为了制作地球空间的组成图，研讨人员以一种意想不到的方法运用了欧空局“Cluster Constellation”使命的数据。
躲藏在数据中
研讨人员运用搜集的丈量值，这些丈量值不是为了科学意图，而是为了对航天器的一种仪器——RAPID（自适应粒子成像勘探器研讨）做相关操作确诊。该仪器经过丈量在勘探器内的能量和游览时刻来辨认和表征检测到的各种离子。关于一般的科学活动，快速只核算氢、氦和氧原子的这些性质；但是，出于确诊意图，该仪器为有限数量的粒子供给了额定性质，将勘探规模扩大到更重的离子。
这些丈量用于校准仪器并保证其按预期运转。但是，科学家们运用这些一共122000小时的确诊性调查来确认进入的离子组成，并辨认铁粒子。RAPID丈量离子组成的才能至关重要，由于需求成分丈量来协助科学家更好地了解在地球上或地球邻近发现的各种元素来自哪里，并描绘咱们的世界环境。了解地球周围的空间是欧空局“Cluster Constellation”使命中心方针之一。
发掘档案
欧空局“Cluster Constellation”使命环绕地球编队飞翔的四个航天器，花了数年时刻重复进出地球磁场，以研讨太阳和地球怎么相互作用，并描绘由这些相互作用引起的现象。这项使命的寿数和广大的轨迹使其可以搜集近20年来掩盖一切近地空间区域和大部分太阳风的数据。该研讨的合著者、马克斯·普朗克太阳系研讨所的首席研讨员、RAPH仪器的首席研讨员帕特里克·戴利(Patrick Daly)说：
研讨需求这么长的时刻跨度，还多亏了欧空局“Cluster Constellation”使命科学档案馆，它为科学界供给了最高质量的数据以供运用。科学家花了适当大的精力来树立这个档案馆，并持续坚持其十分高的校准和可靠性规范。这个档案馆是很多敬业的工程师、航天器操作员和数据归档团队的劳绩，他们保证了欧空局“Cluster Constellation”使命坚持运转，并依然供给关于近地空间新的、令人兴奋的、可拜访的信息。
有必要留意一下的是，欧空局“Cluster Constellation”使命科学档案中的数据集，包含具体的确诊数据：这些数据一般不包含在一切使命档案中。欧空局“Cluster Constellation”使命项目科学家Philippe Escoubet说：
这突显了科学档案的重要性，特别是确诊数据的重要性，标明怎么从这些多功能数据会集搜集真实有价值的信息，以便发生顶级的科学效果。还很好地展现了研讨是怎么持续不断的开展和推动的，在欧空局“Cluster Constellation”使命初次发射时，勘探到铁是一个彻底意想不到的效果，但这项使命持续供给关于地球周围空间环境的名贵数据。
博科园｜研讨/来自：欧空局ESA
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