地球的磁场是一个不均匀磁场，从赤道到两极磁场逐渐增强。从而由于 Lorentz 力的作用，地面上空会出现两层 Van Allen 辐射带 （就是磁瓶）。第一层在地面上空 800 km 到 4000 km 处，主要由质子组成；第二层在地面上空 60000 km 处，主要由电子组成。又由于极区附近磁感线与地面垂直，而从外层空间入射的粒子可直接进入大气层，与空气分子碰撞，就会产生绚丽多彩的极光。
不亦乐乎？ J 好久不写了。因为忙 过了节就一直有客人来，今天更要来上百人 :p 上周是 APL/JHU 的 Tony Lui 来多年未见的老朋友了！ Tony 是香港出生的，中文名字是吕达贤。因为不会说普通话，和华人同行交流也要用英语。所以笔者每每会想起 语同音 的重要。但是会说广东话的好处也很多：特别是我们一起在纽约的 China Town 吃饭的时候，点菜特溜：） 我是在 Columbia 读书的时候认识 Tony 的。当时刚过了 Qualify ，在找研究方向，正好 APL/JHU 提供 Fellowship ，支持学等离子体物理的学生研究空间科学问题，我就申请了。 Proposal 是关于磁重联研究的。很快得到了资助，从此开始我 20 年的磁重联研究。 Tony 也就成了我在 Johns Hopkins 那边的共同导师（ co-advisor ）和我第一篇在国外刊物上发表的论文的合作者。 Tony 以其提出的 极光亚暴 的磁尾电流片中断模型（ Current Disruption Model ）而闻名国际空间物理学界。 早期 极光亚暴 研究的主流模型是近地中性线（ X- 线）模型（ Near Earth Neutral Line （ X-Line ） Model ， NENL or NEXL ）。这个模型的主要点是： 极光亚暴 是磁尾近地区中性线（ X- 线）上的磁重联直接引起的。这个模型在 1980 年代曾完全主导了地球空间物理研究。当时在 U. Alaska 做观测研究的 Tony ，却从多年的卫星与地面观测资料出发挑战这个模型： 极光亚暴 的 onset 一般发生自北纬 66-67 o 。考虑磁场中等离子体的重要性质：沿磁力线方向的物理性质相关性远远强于垂直磁力线方向，这个纬度的磁力线 mapping 到磁尾的赤道面上，应该在距地球 6-8 个地球半径处。而这个区域的地磁场基本是偶极场，有很强的南北分量，不会生成 Neutral Line （ neutral 指这条线上的磁场为零，即磁重联的 X-Line ）。而近地中性线最近也不会小于距地 15 个地球半径！也是基于多年的卫星与地面观测资料， Tony 进一步提出一个新的模型： 极光亚暴 是在距地球 6-8 个地球半径处越尾电流片（ cross-tail current ）部分中断，导致其沿着磁力线流向极区而引起的。被国际同行称为： Current Disruption Model 。 这个模型提出之后，与近地中性线（ X- 线）模型和磁层 - 电离层耦合模型（ Magnetosphere-Ionosphere Coupling Model ，由 Alaska 大学教授甘如石先生提出）三足鼎立，并形成与近地中性线（ X- 线）模型长期论战近 30 年的局面。论战的中心是：到底是近地中性线上磁重联导致 6-8 个地球半径处越尾电流片的部分中断还是越尾电流片的部分中断导致近地中性线上磁重联发生。论战的前十年几乎是 Tony 一个人与很多空间物理学权威的对垒。但是从争论的焦点就可以看出：近地中性线模型已经意识到自身的问题。其结果是近地中性线（ X- 线）模型的修改（ Modified （ or New ） NEXL Model 的提出）和 THEMIS 卫星的发射（沿着磁尾赤道面从地球向外排列的五颗卫星，用以测定引起极光亚暴的各种事件的时序）。 93 年在 Fairbanks 庆祝 极光亚暴研 究的先驱者 Akasofu 教授生日的学术研讨会上， Akasofu 在讲述 极光亚暴研 究的历史和发展时说： Tony 需要一个理论模型来说明 current disruption 的 cause 。大约 20 年过去了，这次 Tony 来讲学，就介绍了他在这方面的新成果。这一理论，以及 Current Disruption Model 本身，都还会引起讨论和争议。但是 Tony 探求真理、始终不渝的真正科学家的素质，是笔者所敬仰的。 科学，就是要实事 求是不看是不是 popular ，是不是权威说的一切用事实、用实验或者卫星观测数据说话！
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