[多图]美太空船五重奏捕获太空风暴探究极光 能观测到亚暴现象

[多图]美太空船五重奏捕获太空风暴探究极光 能观测到亚暴现象

  图为5个西弥斯太空船的艺术图

[多图]美太空船五重奏捕获太空风暴探究极光 能观测到亚暴现象

  图为美国宇航局描绘的进入南北极的地球磁场线

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  图为西弥斯在地球轨道排成一列的示范图

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  图为西弥斯在进行旋转平衡测试

  据国外媒体1月28日报道,美国宇航局的五个新的探测器可能看起来像个小矮子,但它们都肩负着崇高的任务:通过地球磁场来捕获诱发地球最变幻莫测的极光产生的太空风暴。

  极光是在南极与北极天空可见的一种现象,类似缓慢移动的丝带波动。然而,极光偶尔也会变得十分动态,这与科学家所谓的磁性层亚暴相关。亚暴发生时,太阳风使得地球磁气圈能量超载,从而向地球放射带电粒子。这些原子和分子与地球表面发出的电子束相互撞击形成极光。尽管亚暴发生的前因后果科学家已经十分清楚,但究竟是什么最终触发了超载的磁气圈从而导致亚暴发生仍然是个谜。

  由于以往的单个太空船研究无法确切探明亚暴开始的地点和时间,因此,NASA此次的西弥斯(THEMIS——热辐射成像系统)计划将在不到一个月时间内使用5颗相同的人造卫星进行协同测量,将首次对太阳风暴的产生以及其如何形成极光喷发(即北极光)进行全面的研究。这些卫星就绪后,每4天将在轨道上排成一行,日日夜夜去捕获亚暴的起源——堆积在地球磁场某处的暴风雪的高能粒子,看它如何触发极光的。预计在此后的两年时间里将能够观测到30次亚暴现象。

  “我们相信,这项计划将宣告对日地关系属性的了解进入一个新时代。30多年来,人们一直以极大的热情寻找这些磁暴的起源,” 西弥斯任务的首席调查人、加拿大大学伯克利太空科学实验室的瓦西里斯-安洁洛普罗斯说,“知道触发地点将帮助我们识别此现象中正确的物理学。” 安洁洛普罗斯参与建造了这5个太空船。

  西弥斯研究人员表示,从太阳风暴堆积的亚暴粒子与地球大气相互作用是导致微光波和颜色变化、并伴随最引人入胜的极光出现的主因。但从表面上看,美妙的太空天气还被证明是严重太空风暴的制造者,威胁到轨道上宇航员的生命安全,干扰通信,损害人造卫星,导致电力系统中断。

  一个联合发射联盟“德尔塔”-2火箭被指定于美国东部时间2月15日下午6:07,在19分钟的发射窗口开放时间内,将携带5颗西弥斯科学卫星,从佛州的卡那维拉尔角空军基地发射。此任务缩写为THEMIS,西弥斯,是希腊正义女神,代表历史事件与亚暴期间宏观交互作用。

  西弥斯之家

  一个西弥斯与洗碗机大小相当,5个西弥斯太空船几乎是一样的,每一个都有其机器人同胞连接的轨道槽。其实,只有4个探测器要求完成美国宇航局计划为期二年的这一2000万美元的任务。第五个是多余的,但争着让它们全都进入发射也没有什么不可。

  “西弥斯是美国宇航局首次用一个火箭发射5个卫星,” 西弥斯项目经理彼得-哈维表示,“这可以让探测器独自进入太空。”发射之后,首个探测器,取名探测器A将在其它4个探测器的上方,而其它4个则像花瓣似的展开。探测器将可望连续扩大8次,从1米变成20米长。每一个西弥斯探测器装备有11台仪器,包括一对望远镜,6个电场仪器,2个不同的磁力计和1个分析机。“我们的想法是让探测器尽可能简单,不像地面仪器那么复杂,”哈维说。

  附加的复杂仪器包括一些20全天空中摄像站和分布在美国阿拉斯加州和加拿大的地面磁力计,来辅助完成西弥斯探测器的发现。

  发现亚暴

  为扫描地球磁场和查明亚暴的起因,西弥斯研究人员计划在不同轨道不时摆动一下他们的探测器,高度范围从地球半径的10倍到30倍(地球半径大约6,378公里)。

  “问题是亚暴始于靠近地球某处太空的一个点上,几秒钟就可以经过月球轨道,”安洁洛普斯说,“因此,单个卫星难以发现亚暴出现的时间和起点,因此,轨道上需要多个太空船。”

  多余那个西弥斯和其它2个探测器将指定在10倍地球半径大的太空轨道上日日夜夜进行扫描,另外2个探测器将在地球上空20倍地球半径处的充当太空站进行监测。最后,探测器将在距离地球30倍地球半径的太空中进行4天的轨道运行。它们的飞行路径还将让5个探测器每4天在轨道上排成一行,研究人员希望这时将是捕获亚暴的黄金时期。

  “这多么令人激动,这些微型探测器将运行到月球的半路中,”哈维说。这种分配将让西弥斯探测器来评估2个候选位置:一个接近地球到月球的中间点;另一个亚暴发起点更近。“现在,我们无法争取让它们去哪一个位置,”哈维说,“最后的仪器将进入最好的轨道。”

  亚暴触发机制的确定对于最终的定论至关重要,因此,西弥斯计划将是一次公平的裁决。此外,由于亚暴很可能是形成太空风暴的基础,因此,此项研究也将有助于科学家理解太空气候及其对磁气圈中卫星和人类的影响。

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