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“四星联动”探寻空间磁爆驱动力

时间:2015年07月31日 信息来源:“磁重联”,空间磁爆驱动力 点击: 字体:


太阳耀斑爆发和日冕物质抛射的缘由一直令科学家十分困惑。研究表明,问题的关键在于磁力线突然地重新排布,这就是“磁重联”。而这些剧烈的喷发会危及地球轨道上的宇航员,也会影响地面的电网,并干扰人们的日常通信、天气预报与导航所需要使用的卫星。但是,人们对磁重联本身却了解甚少。

美国国家航空航天局(nasa)特别想要知道磁重联对于将粒子加速至危险水平的更多细节内容,3月13日,nasa执行了一项名为“磁层多尺度”任务(mms)的计划,成功发射了一枚“宇宙神”运载火箭,将四颗卫星运送至地球轨道,对空间磁场爆炸展开前所未有的细致研究。

神秘的磁重联

所谓磁重联,就是诸如地球磁场与太阳磁场连接、断开接着再连接的过程,通常伴随着巨大的能量释放,可把粒子加速到接近光速。磁重联现象在宇宙中十分普遍。

nasa称,磁重联是太阳耀斑、日冕物质喷射等太阳活动及太空天气事件的主要驱动力,是等离子体中能量释放和粒子加速的基本途径。

在美国近期的空间探测计划中,nasa的“磁层多尺度”任务是第一个用来在小尺度上了解重联扩散区的计划。据物理学家组织网3月14日(北京时间)报道,随着nasa从佛罗里达的卡纳维拉尔角空军基地成功发射升空了4颗卫星之后,目前,“磁层多尺度”任务已经随着“宇宙神”运载火箭的顺利发射而步入了正轨。

如今,对于地球与太阳之间的磁场边界的特性,科学家还知之甚少,而nasa却想要改变这一点,因为太阳表面的“火山喷发”,将会对轨道上和地面上的电子设备造成很大的威胁。这些卫星已经进入轨道开始研究神秘的磁重联现象,而这一现象的发生过程被认为是推动太阳系中一些强劲爆炸的催化剂。

当磁场连接、断开连接,并重新配置爆炸,释放出的能量可以达到数十亿吨烈性炸药(俗称tnt)的效果时,会发生磁场重联。这些爆炸可以通过空间以接近光速的速度把粒子飙升。磁层多尺度任务将提供发生在地球磁场防护空间环境和磁气圈中磁重联的首个三维视图。

四颗卫星组成“太空网络”

“磁层多尺度”任务是由四颗相同卫星组成的探测系统,将携带相同的等离子分析仪、高能粒子探测仪、磁力计、电场仪器以及防干扰设备。

这四颗直径3米、高1米的八角形小卫星像叠罗汉一样串在一起,搭载在“宇宙神”火箭上,从佛罗里达的卡纳维拉尔角空军基地发射,约1.5小时后,最上面的卫星率先进入预定轨道,其他三颗卫星每间隔5分钟依次被释放。从当地时间上周五中午12点16分开始,最后的分离发生在12点31分,nasa的科学家和工程师12点40分确认所有卫星状况良好。

nasa戈达德太空飞行中心的绿地项目经理克雷格·图利说:“我很高兴地看到所有四颗卫星已经部署,并且数据表明,我们有一支状况良好的‘舰队’。”

此次发射计划耗资11亿美元。四颗相同卫星组成“太空网络”将以“四面体”形状在空间飞行,每个卫星相隔6英里或250英里,编队环绕地球拍摄“磁场重联”或磁场爆炸的3d图像。

四颗卫星将在最好的实验室——地球磁气圈中,分析研究磁重联现象并对磁层边界区域进行三维测量。磁气圈不断传输着从太阳风到地球磁层的能量,给空间天气造成混乱。研究人员将通过测量来验证当前主流理论:磁场是如何重新连接的,以及连接的过程是怎样的。磁重联是整个宇宙中的一种基本物理过程,磁层多尺度任务将使人们在近地空间环境中了解这一动力过程。

推进磁重联科学研究

据专家介绍,这四颗卫星将以密集队列飞行通过重联活动的地区,使用更快速的传感器,比以往任何任务要快百倍的速度来衡量空间环境。

在接下来的几个星期里,nasa的科学家和工程师将在卫星上部署吊杆和天线,并测试所有仪器。该观测站预计将在9月初被放入一个金字塔结构,以备科学观察。

在半年的测试期过后,磁重联的科学探测将于今年9月正式启动,任务为期两年,有望帮助科学家研究空间气候和宇宙磁场效应。

美国圣安东尼奥西南研究院首席研究员吉姆·伯奇说:“在10年的规划和工程之后,研究团队打算进行研究工作,我们以前从来没有这种机会能够如此细致地研究这个基本过程。”

科学家期望这次任务不仅有利于其更好地了解磁重联,同时也将提供深入了解可以破坏现代技术系统,如通信网络、gps导航以及电力电网的强大事件的根源。

通过在当地、自然实验室研究重联,科学家还可以了解其他地方的类似过程,如在太阳和其他恒星的大气里、在黑洞和中子星附近、在我们太阳系的日光层和星际之间的边界空间。

总部设在华盛顿的nasa太阳物理所临时董事杰夫·纽马克说:“团队下一步重点是将推进磁重联科学研究,而以前的任务从未以如此细节来观察这个根本的过程。我们知识体系的深度和所认知的细节将要突飞猛进地增长。”

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