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在太空观望 空间天气与地球天气相遇之处

2018-06-14 09:26:41  来源:科技日报  责任编辑:郑正华   我来说两句
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6月8日,美国国家航空航天局(NASA)发布消息称,原定于美国时间6月14日升空的电离层连接探索(ICON)卫星将推迟发射。按照计划,这颗卫星将对地球天气和空间天气相互作用的区域——电离层进行更深入的探测,使人类加深对它的了解。

太阳活动影响下的电离层

太阳物理是天文学研究的重要分支。一方面,太阳是距离我们最近的恒星,我们可以使用各类探测手段对太阳实施高分辨率、高灵敏度的观测,从而对恒星的形成、演化、内部结构和外层大气获得比较典型而深入的认识。另一方面,太阳物理的研究对服务人类自身的活动也有重要的意义:太阳活动会造成地球附近空间环境的显著变化,进而影响航天、通信、导航、供电等人类活动。而地球附近的电离层,则恰好处在了太阳活动所影响范围和地球大气变化所影响范围的交界处。

在处于地面60—1000公里的范围内,在太阳极紫外和软X射线波段辐射的作用下,地球大气的分子和原子中的电子挣脱了离子的束缚而电离,大气中出现了带电荷的离子和电子,从而形成了电离层。

电离层的变化在很大程度上是由太阳活动控制的。例如,在地球朝向太阳的日侧和背向太阳的夜侧,电离层的性质有着较大的不同。当太阳耀斑发生时,太阳极紫外和射电波段的辐射将会增强,对各个高度的电离层电子密度产生不同程度的影响,诱发电离层骚扰。

当日冕物质抛射等太阳扰动事件到达地球,引发地磁暴等地球磁场剧烈变化的现象时,磁场变化产生的电场可以沿着磁力线传输到电离层所在位置,引发电离层的扰动。在太阳活动高年时,太阳上的黑子数达到11年活动周期中的极大值,耀斑和日冕物质抛射等现象的发生频率增大,电离层受到太阳活动影响的频率和程度也就更高。而在太阳活动低年,随着黑子数量的减少,太阳活动逐步趋于平静,电离层因太阳活动而出现的扰动也会随之减弱。

由于电离层的等离子体频率覆盖了长波、中波和短波无线电通信频率范围,因此电离层变化对这些波段的无线电传播有很大的影响。GPS、北斗等导航系统的卫星导航信号从卫星到地面的传输时间与电离层的变化密切相关。一旦电离层参数发生变化,导航信号的传播时间延迟也会相应地发生变化,从而对定位导航的精度产生影响。

四大利器共同寻找新规律

随着对电离层研究的深入,科学家们发现电离层以下的中性大气变化也会对电离层产生影响。为了对电离层的变化规律有更深入的认识,NASA实施了ICON探测计划,希望通过发射一颗新的电离层探测卫星来获取对电离层变化的新认识。

为了完成探测任务,ICON探测器上搭载了四台探测仪器,其中三台仪器对大气中的气辉现象进行遥感观测,而另一台仪器则对探测器所在位置的物理参数进行实地探测。

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