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“四星聯動”探尋空間磁爆驅動力

  • 發佈時間:2015-03-16 02:31:05  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

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  太陽耀斑爆發和日冕物質拋射的緣由一直令科學家十分困惑。研究表明,問題的關鍵在於磁力線突然地重新排布,這就是“磁重聯”。而這些劇烈的噴發會危及地球軌道上的宇航員,也會影響地面的電網,並干擾人們的日常通信、天氣預報與導航所需要使用的衛星。但是,人們對磁重聯本身卻了解甚少。

  美國國家航空航太局(NASA)特別想要知道磁重聯對於將粒子加速至危險水準的更多細節內容,3月13日,NASA執行了一項名為“磁層多尺度”任務(MMS)的計劃,成功發射了一枚“宇宙神”運載火箭,將四顆衛星運送至地球軌道,對空間磁場爆炸展開前所未有的細緻研究。

  神秘的磁重聯

  所謂磁重聯,就是諸如地球磁場與太陽磁場連接、斷開接著再連接的過程,通常伴隨著巨大的能量釋放,可把粒子加速到接近光速。磁重聯現象在宇宙中十分普遍。

  NASA稱,磁重聯是太陽耀斑、日冕物質噴射等太陽活動及太空天氣事件的主要驅動力,是電漿體中能量釋放和粒子加速的基本途徑。

  在美國近期的空間探測計劃中,NASA的“磁層多尺度”任務是第一個用來在小尺度上了解重聯擴散區的計劃。據物理學家組織網3月14日(北京時間)報道,隨著NASA從佛羅裏達的卡納維拉爾角空軍基地成功發射升空了4顆衛星之後,目前,“磁層多尺度”任務已經隨著“宇宙神”運載火箭的順利發射而步入了正軌。

  如今,對於地球與太陽之間的磁場邊界的特性,科學家還知之甚少,而NASA卻想要改變這一點,因為太陽表面的“火山噴發”,將會對軌道上和地面上的電子設備造成很大的威脅。這些衛星已經進入軌道開始研究神秘的磁重聯現象,而這一現象的發生過程被認為是推動太陽系中一些強勁爆炸的催化劑。

  當磁場連接、斷開連接,並重新配置爆炸,釋放出的能量可以達到數十億噸烈性炸藥(俗稱TNT)的效果時,會發生磁場重聯。這些爆炸可以通過空間以接近光速的速度把粒子飆升。磁層多尺度任務將提供發生在地球磁場防護空間環境和磁氣圈中磁重聯的首個三維視圖。

  四顆衛星組成“太空網路”

  “磁層多尺度”任務是由四顆相同衛星組成的探測系統,將攜帶相同的電漿分析儀、高能粒子探測儀、磁力計、電場儀器以及防干擾設備。

  這四顆直徑3米、高1米的八角形小衛星像疊羅漢一樣串在一起,搭載在“宇宙神”火箭上,從佛羅裏達的卡納維拉爾角空軍基地發射,約1.5小時後,最上面的衛星率先進入預定軌道,其他三顆衛星每間隔5分鐘依次被釋放。從當地時間上週五中午12點16分開始,最後的分離發生在12點31分,NASA的科學家和工程師12點40分確認所有衛星狀況良好。

  NASA戈達德太空飛行中心的綠地項目經理克雷格·圖利説:“我很高興地看到所有四顆衛星已經部署,並且數據表明,我們有一支狀況良好的‘艦隊’。”

  此次發射計劃耗資11億美元。四顆相同衛星組成“太空網路”將以“四面體”形狀在空間飛行,每個衛星相隔6英里或250英里,編隊環繞地球拍攝“磁場重聯”或磁場爆炸的3D圖像。

  四顆衛星將在最好的實驗室——地球磁氣圈中,分析研究磁重聯現象並對磁層邊界區域進行三維測量。磁氣圈不斷傳輸著從太陽風到地球磁層的能量,給空間天氣造成混亂。研究人員將通過測量來驗證當前主流理論:磁場是如何重新連接的,以及連接的過程是怎樣的。磁重聯是整個宇宙中的一種基本物理過程,磁層多尺度任務將使人們在近地空間環境中了解這一動力過程。

  推進磁重聯科學研究

  據專家介紹,這四顆衛星將以密集隊列飛行通過重聯活動的地區,使用更快速的感測器,比以往任何任務要快百倍的速度來衡量空間環境。

  在接下來的幾個星期裏,NASA的科學家和工程師將在衛星上部署吊桿和天線,並測試所有儀器。該觀測站預計將在9月初被放入一個金字塔結構,以備科學觀察。

  在半年的測試期過後,磁重聯的科學探測將於今年9月正式啟動,任務為期兩年,有望幫助科學家研究空間氣候和宇宙磁場效應。

  美國聖安東尼奧西南研究院首席研究員吉姆·伯奇説:“在10年的規劃和工程之後,研究團隊打算進行研究工作,我們以前從來沒有這種機會能夠如此細緻地研究這個基本過程。”

  科學家期望這次任務不僅有利於其更好地了解磁重聯,同時也將提供深入了解可以破壞現代技術系統,如通信網路、GPS導航以及電力電網的強大事件的根源。

  通過在當地、自然實驗室研究重聯,科學家還可以了解其他地方的類似過程,如在太陽和其他恒星的大氣裏、在黑洞和中子星附近、在我們太陽系的日光層和星際之間的邊界空間。

  總部設在華盛頓的NASA太陽物理所臨時董事傑夫·紐馬克説:“團隊下一步重點是將推進磁重聯科學研究,而以前的任務從未以如此細節來觀察這個根本的過程。我們知識體系的深度和所認知的細節將要突飛猛進地增長。”

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