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在太空张望 空间气候与地球气候相遇之处

来源:科技日报 发布时间:2018-06-14
摘要:6月8日,美国国度航空航天局(NASA)宣布动静称,原定于美国时刻6月14日升空的电离层毗连试探(ICON)卫星将推迟发射。

  6月8日,美国国度航空航天局(NASA)宣布动静称,原定于美国时刻6月14日升空的电离层毗连试探(ICON)卫星将推迟发射。凭证打算,这颗卫星将对地球气候和空间气候彼此浸染的区域——电离层举办更深入的探测,使人类加深对它的相识。

  太阳勾当影响下的电离层

  太阳物理是天文学研究的重要分支。一方面,太阳是间隔我们最近的恒星,我们可以行使种种探测本领对太阳实验高判别率、高迅速度的视察,从而对恒星的形成、演化、内部布局和外层大气得到较量典范而深入的熟悉。另一方面,太阳物理的研究对处事人类自身的勾当也有重要的意义:太阳勾当会造成地球四面空间情形的明显变革,进而影响航天、通讯、导航、供电等人类勾当。而地球四面的电离层,则刚甜头在了太阳勾当所影响范畴和地球大气变革所影响范畴的接壤处。

  在处于地面60—1000公里的范畴内,在太阳极紫外和软X射线波段辐射的浸染下,地球大气的分子和原子中的电子解脱了离子的约束而电离,大气中呈现了带电荷的离子和电子,从而形成了电离层。

  电离层的变革在很洪流平上是由太阳勾当节制的。譬喻,在地球朝向太阳的日侧和背向太阳的夜侧,电离层的性子有着较大的差异。当太阳耀斑产生时,太阳极紫外和射电波段的辐射将会加强,对各个高度的电离层电子密度发生差异水平的影响,诱发电离层骚扰。

  当日冕物质抛射等太阳扰动变乱达到地球,激发地磁暴等地球磁场强烈变革的征象时,磁场变革发生的电场可以沿着磁力线传输到电离层地址位置,激发电离层的扰动。在太阳勾当高年时,太阳上的黑子数到达11年勾当周期中的极大值,耀斑和日冕物质抛射等征象的产生频率增大,电离层受到太阳勾当影响的频率和水平也就更高。而在太阳勾当低年,跟着黑子数目的镌汰,太阳勾当慢慢趋于安静,电离层因太阳勾当而呈现的扰动也会随之削弱。

  因为电离层的等离子体频率包围了长波、中波和短波无线电通讯频率范畴,因此电离层变革对这些波段的无线电撒播有很大的影响。GPS、北斗等导航体系的卫星导航信号从卫星到地面的传输时刻与电离层的变革亲近相干。一旦电离层参数产生变革,导航信号的撒播时刻耽误也会响应地产生变革,从而对定位导航的精度发生影响。

  四大利器配合探求新纪律

  跟着对电离层研究的深入,科学家们发明电离层以下的中性大气变革也会对电离层发生影响。为了对电离层的变革纪律有更深入的熟悉,NASA实验了ICON探测打算,但愿通过发射一颗新的电离层探测卫星来获取对电离层变革的新熟悉。

  为了完成探测使命,ICON探测器上搭载了四台探测仪器,个中三台仪器对大气中的气辉征象举办遥感视察,而另一台仪器则对探测器地址位置的物理参数举办实地探测。

  气辉是中高层大气中的一种发光征象,其根基道理与我们耳熟能详的极光相同:地球大气的分子和原子接收了太阳的电磁辐射后被引发到了较高的能态,之后从高能态到低能态跃迁的进程中就会发出波长必然的光泽。与极光对比,气辉的亮度要暗弱许多,以是很难被人们的肉眼察觉,一样平常只能借助高迅速度的科学仪器举办研究。然而,对比只能在南北南北极四面调查到的极光,气辉的漫衍却越发普及,在各个经纬度的中高层大气中城市呈现。

  ICON探测器上认真探测大气速率的仪器为环球热层高判别成像迈克尔逊过问干与仪(MIGHTI)。

  以往的太空探测使命中,相同仪器必要调解组件间的间隔,来对差异波长的信号举办逐个的探测。而MIGHTI回收的新计划使其可以同时探测差异波长的光信号,精度也得到了相等的晋升。对付大气中的风场探测,MIGHTI的探测经度可达10英里/小时(约16公里/小时)。

  ICON上搭载的远紫外光谱仪(FUV)通过对夜间产生的气辉征象的探测,确定气辉地址位置的密度信息。这台仪器回收了全新的图像处理赏罚技能,来增进图像的清楚度。ICON与地面通讯的带宽使得FUV每12秒才气下传一幅视察图像。然而,在12秒的进程中,探测器已经在轨道上飞速移动了数百公里。科学家们感乐趣的气辉征象的空间标准一样平常在几公里阁下,假如FUV仪器每12秒才获取一幅视察图像,那么这些征象将无法判别。为此,FUV在现实事变中,每秒会拍摄8幅图像,在12秒的时刻内总共获取96幅图像。通过卫星上搭载的计较机,ICON会按照每幅图像天生时卫星所处的详细位置对96幅图像举办批改融合,最终天生一幅高判别率图像传回地球。当卫星视察的区域处于日光照射下的半天时,与FUV相同的探测使命则由ICON的另一台极紫外光谱仪(EUV)来完成。

  从宏观到微观的多研究视角

  在ICON在轨探测的进程中,另一台名为环球标准臂盘视察器(GOLD)的仪器将会和它一路,辅佐科学家们进一步试探电离层的机密。GOLD并非一台独立的科学探测卫星,而是搭载在一颗贸易卫星上的科学仪器。搭载GOLD的卫星定轨于西半球上空的地球同步轨道,高度约为35000公里。在这里,GOLD每半小时就可以或许提供一幅电离层和中高层大气环球变革的宏观图像。而ICON则事变于近地轨道,轨道高度约为560公里,可以对电离层和中高层大气中的征象举办风雅探测。这样,GOLD和ICON为科学家们提供了从宏观到微观,从环球到局地的多研究视角,有望发生新的研究打破。

  (作者系中科院国度空间中心博士生)

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