太阳风必须高于259千米每秒!再慢一点,就无法
来源:http://nblandray.com  日期:2020-04-05
在20世纪80年代早期,太阳物理学家需要答案,他们想要学习如何保护宇航员和地球周围的资产,使其免受动荡的太阳造成的潜在破坏性太空天气影响。

要做到这一点,需要更好地了解地球周围不断变化、动态的空间系统:包括太阳风属性的测量,以及来自太阳的带电粒子的不断翻腾。

响应这一号召的是名为“WIND”的任务,它于25年前于1994年11月1日发射升空。

目前,WIND在第一个拉格朗日点L1轨道上运行,L1是太阳和地球之间的引力平衡点,这使得航天器可以随时面对太阳。

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在过去的25年中,WIND一直在研究充满地球之间空间的带电粒子(等离子体)的加热气体。

这些观测使科学家们能够了解太阳风及其与近地环境的相互作用。

WIND数据有助于阐明太阳风的性质,强烈的空间天气和星际空间,以及帮助其他航天器进行近距离研究太阳。

到目前为止,WIND的数据已被5000多种出版物使用。

25年来,它一直在稳定地获取数据,在目前轨道上有足够的燃料可以持续到2074年。

WIND的科学成果是惊人的,以下是过去25年来最酷的一些结果:1、太阳射电在Wind任务的早期,WIND调谐到了太阳的无线电频率。

通过倾听,WIND能够探测到从太阳传来的嗡嗡声,太阳在歌唱。

通过跟踪这个频率的微小变化,科学家可以远程观察太阳表面和接近地球的太空天气。

2、星际尘埃在观察的最初几年,科学家们注意到WIND的电场探测器发生了一些有趣事情。

时不时地,数据中会出现一个很大的峰值。

最终,科学家们确定了来源:撞击航天器的超高速尘埃颗粒。

当这些尘埃颗粒撞击风时,它们会在撞击时产生微小的等离子体爆炸,从而导致仪器上的电场尖峰。

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这些粒子可以来自太阳系内部或外部,但由于太阳风的影响,大多数星际粒子被挡在外面。

在太空中没有很多工具来探测它们。

到目前为止,WIND已经测量到超过10万个尘埃颗粒撞击。

科学家可以利用这些信息来确定这些尘埃的来源,并更好地了解太阳影响之外的空间属性。

3、确定日冕物质抛射WIND一直是帮助科学家理解日冕物质抛射(CME)的重要组成部分。

WIND的设计是为了测量日冕物质抛射经过时的磁场,日冕物质抛射是太阳物质的巨大云层,从太阳上爆发出来,拉动太阳磁场。

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自20世纪80年代以来,科学家们已经提高了此项能力,以确定哪些CME会撞击地球,哪些会错过地球,这是基于WIND在CME经过时观察到的内容。

这使得今天的空间气象科学家能够制造出更精确的模型,让他们能够通过观察日冕物质抛射靠近地球时的样子来确定日冕物质抛射将袭击哪里。

4、能长期持续的原因25年后,WIND任务还没有完成,WIND有足够的燃料继续在轨道上运行并获取数据直到2074年,另一个55年的科学。

但它是怎么在上面呆了这么长时间的?首先,它在自旋稳定的轨道上。

这意味着它像陀螺一样自转,这使它在轨道上保持稳定。

这也意味着WIND不需要使用太多的燃料来保持原地不动。

它也受到了很好的保护,即高导电性,因此太阳风和其他与之相互作用的粒子对航天器来说是“不受关注”的。

5、高确定性在航天器工程的顶端,仪器被设计为三重冗余,这意味着有三个独立的等离子体密度测量。

有了这些冗余系统,就可以进行高度精确的数据分析,这意味着WIND可以用来校准其他航天器上的仪器。

WIND将这些数据记录在两个磁带记录器上,非常类似于VHS或盒式磁带。

卫星将数据发送回地球,只有收到数据后,WIND才会覆盖该数据。

6、一个完整的太阳周期WIND长寿使得它能够观察到一个完整的22年太阳周期,在此期间整个太阳磁场反转极性的循环周期。

也就是说,每个磁极从正极切换到负极或反之亦然,然后再次切换回来。

WIND的长期、高精度观测使科学家能够在一个完整的太阳周期内对太阳风进行唯一的单源连续观测。

7、磁重联在绕过地球磁场的过程中,WIND偶然地飞越了一个区域,这个区域正在经历一个被称为磁重联的过程。

当磁力线扭曲并最终断裂时,就会发生磁重联。

在地球附近,磁场向两极飞回,带着高能粒子束的等离子体束乘坐和令人兴奋的粒子进入地球上层大气。

当WIND测量这个过程时,科学家们发现了一些有趣的事情:这个过程似乎是无碰撞的。

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也就是说,不是被推动(一滴水推动下一个链条事件产生电流的方式)粒子移动是因为它们受到磁场的引导。

这并不是我们所期望的,粒子倾向于相互反应,但在无碰撞冲击中,它们基本上忽略了彼此的存在。

这一发现有助于解释为什么观察到的磁重联比以前依赖于碰撞重联预测的速度要快得多。

8、等离子体的不稳定性太阳风,尽管有这个名字,但它的行为与地球上的风不同。

WIND离它的来源太阳越远,它就会变得越快越热,这与我们在地球上经历的任何现象都不同。

WIND的数据表明,太阳风中发生了一些事情,可以解释这种神秘的性质--离子回旋波。

这是一口,但离子回旋波只是电磁波,其中的场旋转的波状节奏,同时也在太阳风中传播出去。

WIND表明,这些离子回旋波出现在地球附近的太阳风中。

像Parker Solar Probe这样的任务有能力测试这些波是否解释了太阳日冕加热问题。

9、氦与太阳风WIND上的一个仪器发现了太阳风一个有趣的性质。

太阳风实验使用法拉第杯(一种电荷收集板)来测量太阳风中氢和氦的速度、密度和温度。

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在对太阳风进行了10年超过250万次测量的研究过程中,科学家们注意到太阳风的速度从未低于每秒161英里(约259米/km),再慢一点,太阳风就无法逃脱太阳表面。

同时还发现,太阳风越快,其中氦的含量就越多,在最低速度下几乎没有观察到任何氦。

这告诉科学家,氦以某种方式帮助设定太阳风的速度,但科学家们仍在寻找导致这一现象的确切过程。

10、磁通绳WIND的高分辨率数据为一种名为磁通绳(通量绳)的太阳现象频率提供了新见解,磁通绳是从太阳上脱落并与地球磁层相互作用的细磁场束。

与更大的日冕物质抛射不同,日冕物质抛射在太阳高峰期更频繁地出现,而这些通量绳在太阳极小期出现得更频繁。

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科学家们正继续研究它们,以了解它们是如何与地球磁层相互作用。

在过去的25年中,WIND的观测为多种太阳和等离子体现象提供了新见解,包括伽马射线和动力学物理。

随着它继续对太阳和近地空间的观测,WIND将响应等离子体和太阳风观测的号召,并可能引入更多的谜团来研究未来。

博科园|研究/来自:美国宇航局戈达德太空飞行中心博科园|科学、科技、科研、科普关注【博科园】看更多大美宇宙科学。

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