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ISRO的火星轨道飞行器任务(MOM):对太阳活动预测的新见解

科学天文学与空间科学ISRO的火星轨道飞行器任务(MOM):对太阳活动预测的新见解

研究人员利用超低成本火星轨道飞行器发送到地球的无线电信号研究了太阳日冕中的湍流,当时地球和火星在太阳的另一侧会合(这种会合通常在大约两年内发生一次) . 来自轨道飞行器的无线电信号在 10 Rʘ(1 Rʘ = 太阳半径 = 696,340 公里)的近距离处通过了太阳的日冕区域。 对接收信号的频率残差进行分析,得到日冕湍流谱。 这一发现似乎与帕克太阳探测器的现场发现一致。 这项研究提供了一个非常低成本的机会来研究日冕区域的动力学(在没有成本非常高的原位太阳探测器的情况下),并为如何使用火星轨道器发送的无线电信号研究太阳日冕区域的湍流提供了新的见解到地球可以帮助改进对太阳活动的预测,这对地球上的生命形式和文明具有重要意义。 

印度空间研究组织(ISRO)的火星轨道飞行器任务(MOM)于 5 年 2013 月 6 日发射,计划任务寿命为 XNUMX 个月。 它已经远远超过了它的寿命,目前处于扩展任务阶段。  

当地球和火星位于太阳的相对两侧时,一组研究人员使用来自轨道飞行器的无线电信号来研究日冕。 在通常大约两年发生一次的合相期间,来自轨道器的无线电信号穿过太阳日冕区域,距离太阳中心和太阳高度近 10 Rʘ(1 Rʘ = 太阳半径 = 696,340 公里),提供研究太阳动力学的机会。  

日冕是温度可以高达数百万摄氏度的区域。 太阳风在该地区起源并加速,并吞没行星际空间,这些空间塑造了行星的磁层并影响了空间天气近地环境。 学习这是一项重要的任务1. 拥有一个原位探测器将是一个理想的选择,但是使用无线电信号(由航天器传输并在穿过日冕区域后在地球接收)提供了一个很好的选择。  

在最近的论文中2 发表在《皇家天文学会月刊》上,研究人员研究了太阳周期下降阶段太阳日冕区域的湍流,并报告说太阳风加速,其从亚阿尔芬流向超阿尔芬流的转变发生在 10-15 日左右。 Rʘ。 与高太阳活动期相比,它们在相对较低的太阳高度达到饱和。 顺便说一句,这一发现似乎得到了帕克探测器对日冕的直接观测的支持3 以及。  

由于日冕是一种带电等离子体介质并具有固有的湍流,它会在穿过它的电磁无线电波的参数中引入色散效应。 日冕介质中的湍流会产生等离子体密度的波动,这些波动被记录为通过该介质出现的无线电波相位的波动。 因此,在地面站接收到的无线电信号包含传播介质的特征,并对其进行频谱分析以得出介质中的湍流频谱。 这构成了航天器用于研究日冕区域的日冕无线电探测技术的基础。  

对从信号中获得的多普勒频率残差进行频谱分析,以获得日心距离在 4 到 20 Rʘ 之间的日冕湍流频谱。 这是太阳风主要加速的区域。 湍流状态的变化很好地反映在时间频率波动谱的谱指数值中。 观察到,在较低的日心距离 (<10 Rʘ) 处的湍流功率谱(频率波动的时间谱)在对应于太阳风加速区域的较低光谱指数的较低频率区域变得平坦。 靠近太阳表面的较低光谱指数值表示湍流仍然不发达的能量输入状态。 对于较大的日心距离(> 10Rʘ),曲线变陡,光谱指数接近 2/3,这表明发展的 Kolmogorov 型湍流的惯性状态,其中能量通过级联传输。  

湍流光谱的整体特征取决于诸如太阳活动周期的阶段、太阳活动区域的相对普遍性和日冕洞等因素。 这项基于 MOM 数据的工作报告了对太阳周期 24 微弱最大值的洞察,该周期被记录为一个特殊的太阳周期,其总体活动低于其他先前的周期。 

有趣的是,这项研究展示了一种使用无线电探测方法来调查和监测日冕区域湍流的非常低成本的方法。 这对于密切关注太阳活动非常有帮助,这反过来又对预测所有重要的太阳天气至关重要,尤其是在地球附近。  

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参考文献:  

  1. Prasad U.,2021 年。太空天气、太阳风干扰和无线电爆发。 科学欧洲。 11 年 2021 月 XNUMX 日发布。可在 https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/space-weather-solar-wind-disturbances-and-radio-bursts/  
  1. 耆那教,  2022.使用来自印度火星轨道飞行器任务的 S 波段无线电信号对太阳周期 24 后极大阶段的太阳日冕动力学进行研究。 皇家天文学会月刊, stac056. 26 年 2021 月 13 日以原始形式收到。2022 年 XNUMX 月 XNUMX 日出版。DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stac056 
  1. J. C. Kasper 等人。 派克太阳探测器进入以磁为主的日冕。 物理。 牧师莱特。 127, 255101。31 年 2021 月 14 日收到。2021 年 XNUMX 月 XNUMX 日出版。DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.255101 

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