来自美国宇航局的风宇宙飞船20年的科学发现

来自风宇宙飞船的科学发现

风宇宙飞船在磁场前面的空间中已经花了大部分时间 - 磁性影像 - 围绕地球,观察由太阳风流动的恒定颗粒流。

二十年后,美国宇航局风宇宙飞船仍然强大,帮助科学家了解自助近地球空间的力量。

2014年底标志着NASA一项名为“风”(Wind)的任务取得了20年的数据。风和其他17项任务是“太阳物理系统天文台”的一部分。“太阳物理系统天文台”由一系列航天器组成,致力于了解太阳及其巨大爆炸如何影响地球、行星和其他星球。

“太阳风”于1994年11月1日发射,目标是描述来自太阳的持续粒子流,即太阳风。每3秒进行一次粒子观测,每秒钟进行11次磁场测量,风的测量过去是——现在仍然是——所有近地航天器观测太阳风的最高频率。

在太空超过20年期间,风在地球周围的各种斑点上占据了位置,以帮助确定近地球空间如何与来自太阳的进入能量和颗粒相互作用。评估构成太阳风的带电粒子的复杂变化不能从空间的单点完成。That would be like trying to understand the entire Earth’s weather system from a single collection station in Washington, D.C. So, Wind was part of a game changing idea: launch several missions to work in tandem to understand how the dynamic magnetosphere surrounding Earth reacts to the sun. Sitting at a point between Earth and the sun, Wind was the vanguard, observing the solar wind.

“我们有一个相当简单的原始目标,”美国国家航空航天局(NASA)位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Center)的Wind项目科学家亚当·绍博(Adam Szabo)说。“首要的问题是找出太阳风如何驱动磁气圈的变化。”

The original flotilla, named the Global Geospace Science (GGS) campaign, was composed of the Polar spacecraft observing Earth’s magnetosphere in high latitudes, Equator-S making equatorial magnetospheric measurements, and the Japanese Geotail patrolling the elongated magnetotail — the long ribbon of magnetosphere that trails behind Earth, away from the sun. The original GGS program was rapidly extended with additional missions to form the International Solar Terrestrial Program, or ISTP.

凭借其任务来观看前线,风被送入轨道,绕着拉格朗日点,这一点,从太阳和地球上经历了平衡的重力。风在第一个Langrangian点(L1)周围的椭圆轨道上居住,躺在地球和阳光下,距离地球有约932,000英里。虽然几个卫星已经在类似的轨道上,但是风只是轨道L1的第二个航天器。

1997年,另一个太阳风监测仪加入L1附近。高级成分探测器(简称ACE)的设计目的是测量入射太阳风的性质,并提前通知科学家太阳更大、更强烈的喷发,如日冕物质抛射(cme)。在最糟糕的情况下,日冕物质抛射会严重压缩磁层,以至于卫星突然发现自己置身于保护气泡之外,暴露在强烈的太阳辐射中。这种压缩也会引发磁层的振动,从而引发地球电网的电涌。

NASA决定利用两个航天器监测太阳风,将太阳风移动到地球另一边的第二个拉格朗日点(L2)。L2在磁尾下约110万英里处,是到月球距离的四倍。在这个新的位置上,“风”能够从磁尾深处进行测量,这是其他任何任务都做不到的。

在一起,王牌和风透明了更多的太阳风的奥秘,帮助回答问题,如一方的观察结果与另一方发生的事情相关联?是否有任何特殊的发生在长距离长远时保持连贯,或者他们被移动时变化了吗?

在这段时间内,ISTP任务帮助科学家更多地了解磁层中事件的大小。在距离不到90000英里的地方,一颗卫星观测到的数据可能与另一颗卫星测量到的数据相关联。这意味着,知道一颗卫星看到了什么,也许可以用来预测磁层其他地方可能看到什么,只要它在90000英里以外。然而,在更远的距离,任何给定的能量爆炸或粒子运动通过磁层简单地改变太多,无法预测。

从2000年到2003年,“风”在不同的位置移动,包括远离地球150万英里的磁气圈一侧,并返回到磁尾。2004年,Wind被永久地移回L1点。

“在L1的职位上,风神目睹了太阳风中旅行的不同类型的电磁波的少数目的,”戈达德的众议员副工程科学家Lynn Wilson说。“在粒子可以在击中另一个粒子之前旅行1亿英里的空间中,这些波根本不能与声音或水波的方式相同,推动材料。它已经开辟了全部研究,试图了解这些意外的属性。“

Wind继续与其他航天器合作,甚至展望未来。2018年,美国宇航局将启动一项名为“太阳探测器+”的新任务,该任务将前往距离太阳380万英里以内的地方,探索太阳附近太阳风中发生的事情。一个很大的谜题是什么保持太阳风的热度。人们可能会认为太阳风在膨胀和远离太阳的过程中会降温,但它仍然比预期的要热。风内部的某些固有活动必须继续产生热量。众所周知,磁重联是这一过程的一部分。磁重联是将磁能转化为热和粒子加速的过程。与此同时,Wind还寻找了离家更近的磁场重连接的特征。

绍博说:“我们的问题是,在低密度太阳风中,磁场重连是否可能发生,因为在低密度太阳风中,事物不像在太阳大气中那样动态。”“风发现了重连的特征,但它们不是像太阳附近发生的剧烈反应。这些是细微的、能量较低的事件,其特征是向外加速的细粒子流,我们称之为重连喷流。”

这些喷流持续的时间如此之短,以至于Wind的3秒数据收集速度仅够捕捉到它们——这是一个例子,说明Wind的高节奏测量在发射20年后仍然发光,以及它的任务如何继续为科学家提供重要数据。

尽管“风”计划的任务是5年,但建造它的初衷是希望能持续更长时间。风有足够的燃料使其在L1附近的轨道上运行到2074年,为了保持仪器的寿命,人们已经尽一切努力减少仪器的压力。

图片:美国国家航空航天局

1条评论“美国宇航局风宇宙飞船20年的科学发现”

  1. 风不可抗火!

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