作者拉斐尔·罗森，普林斯顿等离子体物理实验室 PPPL物理学家德里克·谢弗站在一幅喷气式飞机制造大气冲击波的图像前
信用:艾丽·斯塔克曼/ PPPL通信办公室 当地球围绕太阳运行时，它会穿过一股快速运动的粒子流，这些粒子会干扰卫星和全球定位系统
现在，美国大学的一组科学家
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能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)和普林斯顿大学重现了一个发生在太空中的过程，以加深对地球遇到太阳风时会发生什么的理解
该团队使用计算机模拟来模拟等离子体射流的运动，等离子体射流是由电子和原子核组成的带电物质状态，构成了天空中的所有恒星，包括我们的太阳
从相对较小的恒星爆发到被称为超新星的巨大恒星爆炸，许多宇宙事件都会产生等离子射流
当快速运动的等离子体射流穿过空间空隙中速度较慢的等离子体时，它会产生所谓的无碰撞冲击波
这些冲击也发生在地球穿过太阳风的时候，并会影响风是如何旋进地球磁气圈的，磁气圈是延伸到太空的保护性磁屏蔽
了解等离子体冲击波可以帮助科学家预测太阳风进入磁层时产生的空间天气，并使研究人员能够保护卫星，使人们能够在全球范围内进行通信
模拟揭示了几个指示冲击何时形成的信号，包括冲击的特征、冲击形成的三个阶段以及可能被误认为冲击的现象
领导PPPL研究小组的普林斯顿大学天体物理学系的副研究学者德里克·谢弗说:“通过能够将冲击波与其他现象区分开来，科学家们可以确信他们在实验中看到的就是他们想在太空中研究的东西。”
这些发现发表在《等离子体物理学》的一篇论文中，该论文是对之前在这里和这里报道的研究的后续
太空中出现的等离子体冲击波，就像地球逆着太阳风飞行时产生的冲击波，类似于超音速喷气式飞机在地球大气层中产生的冲击波
在这两种情况下，快速运动的物质遇到缓慢或静止的物质，必须迅速改变速度，形成漩涡、漩涡和湍流区域
但是在太空中，快等离子体粒子和慢等离子体粒子之间的相互作用是在粒子彼此不接触的情况下发生的
谢弗说:“一定是其他什么东西在推动这种冲击的形成，比如等离子体粒子之间相互吸引或排斥。”
“无论如何，这个机制还没有被完全理解
" 为了增加他们的理解，物理学家在实验室进行等离子体实验，以密切监控条件并精确测量它们
相比之下，航天器进行的测量不容易重复，只能对一小部分等离子体进行采样
计算机模拟然后帮助物理学家解释他们的实验室数据
今天，大多数实验室等离子体冲击波是用一种被称为等离子体活塞的机制形成的
为了制造活塞，科学家们用激光照射一个小目标
激光使少量目标表面升温，变成等离子体，并通过周围移动较慢的等离子体向外移动
谢弗和他的同事通过模拟这一过程制作了他们的模拟
“想象一下在快速流动的溪流中的一块巨石，”谢弗说
“水会一直流到巨石前，但不会完全到达那里
快速运动和零[站运动之间的过渡区域是冲击
" 模拟结果将帮助物理学家区分天体物理等离子体冲击波和实验室实验中出现的其他条件
谢弗说:“在激光等离子体实验中，你可能会观察到大量的加热和压缩，并认为它们是休克的迹象。”
“但是我们对休克的开始阶段了解得还不够，无法仅从理论上了解
对于这类激光实验，我们必须弄清楚如何区分冲击波和激光驱动等离子体的膨胀
" 在未来，研究人员的目标是通过增加更多的细节，使等离子体密度和温度更不均匀，从而使模拟更加真实
他们还想通过实验来确定模拟预测的现象是否真的会发生在物理设备中
谢弗说:“我们希望将论文中讨论的想法付诸实践。”
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