由环形电流产生的偶极子磁场是实验室和太空中最基本的磁场类型。行星磁层，例如木星的磁层，有效地限制了等离子体。

实验室研究创建人工磁层以探索合唱发射的自发激发

RT-1项目旨在向自然学习，创造磁层型高性能等离子体，以实现先进的聚变能源。同时，人造磁层提供了一种在简化和受控环境中通过实验了解自然现象机制的方法。

RingTrap-1(RT-1)是位于东京大学的实验装置。利用高温超导技术，磁悬浮偶极场线圈，使等离子体实验能够在接近行星磁层的环境中进行。

在地球周围的空间(称为“地球空间”)中观察到的哨声模式合唱发射是与极光和太空天气有关的重要现象。主要通过航天器观测、理论研究和数值模拟对合唱发射进行了积极的研究。

虽然航天器是研究实际太空环境的有力工具，但行星磁层是一个巨大而复杂的系统，很难全面理解。而且，人类想要操纵太空环境也不是一件容易的事。

相反，实验室设置使我们能够创建一个简化的研究对象，该对象是在受控环境中从自然的复杂特性中提取的。因此，实验研究有望在理解合唱发射的观察和理论方面发挥补充作用。然而，在实验室中创建磁层环境并不容易。迄今为止，尚未在磁层偶极子磁场中进行过合唱发射的实验室实验。

来自日本土岐国家核聚变科学研究所和日本柏东京大学前沿科学研究生院的研究小组已成功利用RT-1装置对哨声模式合唱发射进行了实验室研究。这种“人造磁层”具有磁悬浮超导线圈，可在实验室中创建行星磁层型偶极子磁场。

利用高温超导技术，将110公斤重的线圈磁悬浮在真空容器中，产生的磁场约束等离子体。这种独特的设置允许在线圈没有任何机械支撑结构的情况下进行操作，从而可以在类似于行星磁层的环境中产生等离子体，甚至在地面设施内也是如此。

在这项研究中，研究团队将RT-1的真空容器充满氢气，并注入微波，主要通过加热电子来产生高性能氢等离子体。

在实验中，等离子体以各种状态产生，并对波的产生进行了研究。因此，当等离子体含有相当比例的高温电子时，观察到哨声波合唱发射的自发产生。

还测量了等离子体发射的强度和频率，重点关注其密度和高温电子的状态。

发表在《自然通讯》上的研究结果表明，合唱发射的产生是由高温电子的增加驱动的，而高温电子负责等离子体压力。另外，增加总等离子体密度具有抑制合唱发射的产生的效果。

通过这项研究，阐明了合唱发射是简单偶极磁场中高温电子等离子体中发生的普遍现象。实验中揭示的特性，包括外观条件和波传播，可以增强我们对合唱发射和在地球空间中观察到的相关现象的理解。

合唱发射的电磁波有可能进一步将热电子加速到更高的能态，从而导致极光的形成和卫星故障。这些电磁波与高能粒子一起在空间天气现象中发挥着至关重要的作用。

在地球空间中，当太阳表面发生爆炸事件(耀斑)时，会引发磁暴，导致电磁场大幅波动并产生大量高能粒子。这不仅会导致卫星故障并影响臭氧层，而且还会破坏地面的电力和通信网络。

随着当今人类活动的扩展，了解空间天气现象变得越来越重要。然而，该领域的许多机制和现象仍未解决。这项研究的结果预计将有助于更好地理解不同空间天气现象背后的机制。

在旨在最终解决能源问题的聚变等离子体领域，由于与波的相互作用而导致的粒子损失和结构形成是中心研究问题之一。准确理解自发激发波和等离子体之间复杂的相互作用对于实现聚变至关重要。

具有频率变化的波动现象在用于聚变的高温等离子体中被广泛观察到，这表明与合唱发射存在共同的物理机制。

这项研究的结果代表着在理解聚变和空间等离子体中常见物理现象方面向前迈出了一步。预计随着这两个领域之间合作的加强，未来的研究将进一步推进。>

惠斯勒波是在等离子体中传播的基波之一。在地球空间和木星周围观测到的合唱发射中，频率变化类似于鸟鸣的波动事件反复发生。它们被认为与极光和太空天气现象密切相关，例如高能电子的产生和传输。