如何能更好的預測太空天氣？

原標題：如何能更好的預測太空天氣？

西南研究院(SwRI)空間科學家最近發表的研究成果為預測太陽耀斑和其他「太空天氣」事件的熱力學情況提供了新線索，這些事件涉及到熱、快速移動的等離子體。統計力學是理解具有大量粒子(如氣體)現象的熱力學行為支柱之一。SwRI空間科學與工程分部的資深研究科學家George Livadiotis博士解釋說：經典統計方法已經通過時間的考驗來描述地球上的系統，比如組成空氣相對稠密的氣體混合物。在熱平衡狀態下，熱量在氣體粒子之間平均轉移，它們的分布就會下降到一個可預測的比率——大量的低速粒子到只有少量的快速粒子，這些粒子運動混亂，相互碰撞頻繁。

博科園-科學科普：一個被稱為Maxwell-Boltzmann或Maxwellian分布的統計方程準確地描述了不同速度的粒子混合在地球上的分布情況。然而空間中的東西是不一樣的，它實際上不是空的，而是充滿了等離子體，也就是所謂的物質的第四種狀態。等離子體由帶電粒子組成——它既不是氣體，也不是液體，也不是固體，儘管它經常表現得像氣體。太空等離子體就像從太陽向外流動的太陽風，具有更高的快速移動粒子比例。

與地球上的氣體不同的是，它們是「相關的」，它們大多朝同一個方向運動，因此彼此之間的碰撞更少。在這種情況下，Maxwellian分布模型不再適用。Livadiotis證實了一個單獨的統計方程「Kappa」更適用於空間現象。Kappa是描述粒子速度在熱平衡時的分布的數學方程，當粒子速度之間存在相關性時，這是典型的無碰撞空間粒子系統。Kappa方程計算了當快速移動的粒子大量運動時，在熱平衡時粒子速度的分布，這是空間等離子體等粒子系統的典型情況。

如上圖所示，Kappa方程計算了高速移動的粒子在熱平衡時的粒子速度分布，這是典型的空間等離子體粒子系統。圖片：NASA

Livadiotis說，Kappa不僅能更好地預測空間等離子體粒子分布，而且能比Maxwellian模型更好地描述它們的熱力學行為，這與極熱的太陽風等離子體撞擊地球磁荷粒子保護層(即磁層)時的情況有關。Kappa的分布使得科學家們能夠第一次測量太陽圈外的溫度，有了卡帕就能極大地提高我們對太空物質性質和性質的理解，無論是太陽風、耀斑和日冕物質拋射，還是像宇宙射線這樣罕見而極端的現象，其研究發表在《EPL》上，這是一探索物理學前沿的期刊。

博科園-科學科普｜研究/來自：西南研究院

參考期刊文獻：《 Europhysics Letters》（EPL）

DOI: 10.1209/0295-5075/122/50001

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