前震和磁鞘中的模拟和波活动概述。 一种, 从模拟开始到时间 t = 500 s 时模拟平面中磁场强度波动的彩色图。 我们从 B 中减去 B>50s，这是磁场强度的 50 s 平均值，以揭示磁场强度的波动。 黑色曲线显示了大致的磁层顶位置。 黑色箭头表示IMF方向，紫色箭头表示震荡法线方向 n激波在两个位置沿弓激波。 b，图中彩色圆圈标记的三个位置的总磁场波动的 PSD 一种. C, 平行于和垂直于磁鞘中虚拟航天器位置的平均磁场的磁场波动的 PSD。 定义垂直方向，使得 B⊥1 位于模拟 (x–y) 平面中，而 B⊥2 完成右手集。 图片来源：自然物理学（2022 年）。 DOI: 10.1038/s41567-022-01837-z
当飞机以超过音速的速度飞行时，冲击波会出现在空气中，也会出现在太空中的等离子体（物质的第四种状态，占可见宇宙的 99%）中。 人们认为冲击波会加速超新星（恒星爆炸）和黑洞释放到遥远太空的喷流中的粒子。
对于发表在《自然物理学》(Nature Physics) 上的这项新研究，国际研究小组研究了发生在地球冲击（弓形冲击）之前的磁波，称为前震波。 这些是由粒子从震动中反弹并返回太阳而产生的。
他们使用计算机模型 Vlasiator 来模拟这些波传输过程中发生的物理过程，发现震波另一侧的波与前震具有几乎相同的特性。 然后，他们使用 NASA 的磁层多尺度 (MMS) 任务的观测数据证实了这些波的存在。
共同作者 Daniel Verscharen 博士（UCL Mullard 空间科学实验室）在分析等离子体波方面拥有世界领先的专业知识，其代码用于解释 MMS 数据，他说：“等离子体中的冲击波比当它们出现在空气中时。粒子之间有很大的空间，它们之间的碰撞很少见。”
“然而，这是一个遍及整个宇宙的普遍过程。我们不能将航天器发送到超新星——所以我们很幸运能够在我们自己的宇宙附近研究等离子体冲击波。”
自 20 世纪 70 年代以来，太空科学家就建立了理论，认为磁波可以穿过激波并进入我们的磁层。 这方面的证据来自磁力计，它们检测到地球磁场中的振荡与在地球磁层之前形成的那些波同步。
然而，他们的前进道路上存在几个主要障碍：首先，波浪必须穿过冲击波，冲击波会减慢太阳风的速度，然后才能以超音速撞击地球磁场，然后穿过空间的湍流区域（磁鞘），最后进入地球的磁层。
赫尔辛基大学的主要作者 Lucile Turc 博士说：“起初，我们认为 1970 年代提出的最初理论是正确的：波浪可以不变地穿过激波。但波浪属性存在不一致，这个理论无法调和，所以我们进一步调查。
“最终，事情变得很清楚，事情比看起来要复杂得多。我们在震后看到的波与前震中的波不同，而是前震波周期性冲击在震后产生的新波。”
数值模型还指出，这些波只能在激波后面的一个狭窄区域内被探测到，而且它们很容易被该区域的湍流所掩盖。 这可能解释了为什么以前没有观察到它们。
虽然前震产生的波浪在地球的空间天气中只发挥有限的作用，但它们对于理解我们宇宙的基本物理学非常重要。
