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彩信使命给磁重联独特的看法

时间:2018-05-16  点击: 1

em美国宇航局的磁层多尺度任务有望为天文学家提供磁重联方面的独特视角。 / em

2015年7月9日,美国宇航局磁层多尺度(MMS)任务的四个航天器首次开始以金字塔形状飞行。四面金字塔形状 - 称为四面体 - 意味着科学家的观察将在三个维度上展开。

MMS将收集数据以研究称为磁重联的现象,该重现与宇宙中的许多其他地方一起发生,当地球周围的磁场与太阳风所携带的磁场相连并断开连接时,会重新调整地磁的形状气泡并以令人难以置信的速度将粒子送出。

这种四面体结构是多年来科学家们讨论的结果和轨道工程师来建立可行的轨道,以产生最好的观测结果。这样一个金字塔对于提供有关地球空间环境的三维信息至关重要 - 如果所有四个航天器都在一条线或一个平面上移动,MMS无法观察到它通过的结构的完整形状。

em该视频显示了四个MMS航天器的动态轨道。灵活的金字塔形状允许MMS收集磁重联的最佳三维数据。轨道将进行调整,最终使四艘航天器相距约六英里。学分:美国宇航局戈达德太空飞行中心 / em

MMS'轨道的另一个主要特点可以在其名称中看到:多尺度。因为四个MMS航天器轨道可以单独更换,科学家可以调整四个航天器之间的距离,从而允许他们研究各种不同空间尺度的磁重联。

美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的MMS任务的轨道工程师康拉德希夫说:“你可以将这种编队视为一种元测量仪器。 “有点像聚焦望远镜,调整MMS航天器编队的规模,将不同的过程集中在一起。”

自从1998年以来,Schiff一直是MMS轨道规划的一部分,自2015年3月发射之前很久。平衡科学家的研究目标与工程和经济是可行的 - 例如,更多的燃料可以提供更多的机动性,导致更昂贵的运载火箭,这是一场长达数年的谈话,甚至在正式选择任务之前就已经进行了很多年,这种谈话更少发生。

MMS的第一阶段轨道将通过地球磁层的前方 - 地球周围的磁性气泡 - 就在它与太阳粒子从太阳流入的恒定风相互作用的边界处。在这里,当太阳的磁场与地球周围的磁场相互作用时,爆炸性的磁重联事件已知会发生。尽管这些边界每天飞行超过一年,但这四艘太空船将在发生磁重联事件时放大。

“它的金字塔形成和极快的时间分辨率将为有史以来第一次的三维观测提供重新连接的最小尺度,”戈达德MMS项目科学家汤姆摩尔说。

轨道团队还确保MMS任务结构灵活 - 在不同的分隔距离,任务可以看到这些重要性不同的过程。当发生磁重联时,该区域中的磁场和电场变化非常快。这导致流动带电粒子的信号行为 - 这些粒子自然被磁场和电场移动 - MMS上的仪器被设计用于测量。因此,通过观察不同带电粒子(如电子和离子)的行为,科学家们可以“看到”磁重联过程中发生的事情。

因为离子比电子重得多 - 至少重1800倍 - 它们不容易被推动或被磁场和电场拉动。这意味着离子在被磁场或电场吸引之前可以比电子传播得更远。这种差异意味着研究磁重联发生在两个尺度 - 更大的离子尺度和更小的电子尺度。 MMS成立的规模将允许科学家们研究这两者。

在经过地球磁层前方之后,MMS将进入第二阶段,在此期间其轨道将稳步扩大,直到它完全摆动到离地球99,000英里的地方。在那里它将穿过地球后面的磁层区域,称为磁尾 - 另一个已知磁重联发生的区域。

“我们谈论整个MMS的轨道,并让它在磁层的白天和夜晚飞行,”Schiff说。 “但事实是每个航天器都是在自己的轨道上。所以我们不仅需要让一只蜜蜂飞过白天和黑夜的正确部分,我们必须把整个蜂巢放在一起。“

这意味着团队必须考虑的不是每个航天器如何绕地球运行,而是它如何相对于其他人的形成 - 这项工作将在特派团的整个一生中继续下去。当MMS于2015年7月进入其第一个四面体结构时,宇宙飞船相距约100英里。欧洲空间局/美国航天局四个航天器的任务组有一段时间,其中航天器接近,但彩信将更接近。在任务第一阶段的过程中,这个间距将逐步下降 - 首先下降到40英里,然后是15英里,然后是稍微超过6英里。

这些距离标志着轨道工程的胜利:许多航天器之前从未如此紧密地飞行过一段时间。为了实现这一壮举,MMS利用了另一项破纪录的工程成就。该飞船拥有史上最高的GPS接收器。 GPS--你可能用来驾驶一个新地方的熟悉的系统 - 使用几颗在轨道上方约12,000英里的轨道上的卫星来测量一个人的位置。 GPS已被用于跟踪低轨道上的航天器,但MMS是第一个使用GPS从上面的任务。为了便于比较,M​​MS'最大飞行高度约为48,000英里,约为GPS卫星高度的四倍。因此,它会携带更加灵敏的GPS传感器,以便从地球另一边的卫星接收信号。

所有这些关注轨道规划当然是为了一个目标:尽可能收集最好的科学观测资料。

“将MMS移动到其四面体结构是一个非常巨大的里程碑,”摩尔说。 “经过多年预测,我们都非常高兴能够进行科学分析!”

MMS目前正在试运行 - 系统和仪器经过测试的阶段 - 它将启动官方科学观测MMS是美国宇航局第四个太阳能地面探测计划任务。戈达德建造,整合并测试了四艘MMS航天器,并负责整个任务管理和任务操作。位于德克萨斯州圣安东尼奥市的西南研究院领导仪器套件科学团队,新罕布什尔大学领导FIELDS仪器套件。科学行动计划和仪器指挥序列的开发将在科罗拉多大学博尔德大气与空间物理实验室的MMS科学运行中心进行

资料来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心Sarah Frazier

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