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在火星之上,MAVEN能带我们更好地探索地球无线电干扰之谜

信息来源:w-v.cn   时间: 2020-02-10  浏览次数: 17

在火星的上层大气电离层带电部分中,美国航空航天局的火星大气与挥发物演化任务探测器发现了“气体层”和“裂痕”。在地球上,这种现象非常普遍,它会导致无线电通信的意外中断,但直到现在我们也没有完全理解其中的机制,因为这些现象发生在高不可及的地方,我们还难以在地球上直接进行探索。最近,MAVEN给我们带来了一项出乎意料的发现,那就是对于这一高高在上的破坏性现象而言,火星其实是一个独特的实验室,能够更好地探索和理解它。

视频来源:NASA戈达德航天飞行中心

字幕制作:哇喳@NASA爱好者

来自位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德航天飞行中心的格林·科林森(Glyn Collinson)表示:“在地球上,这些气体层就位于所有人的头顶之上,可以被任何人用无线电探测到,但是它们仍然相当神秘。”科林森同时也是相关研究的主要作者,论文于2月3日发表在《自然·天文学》(Nature Astronomy)杂志上。“谁会想到了解它们的最好方法之一,就是发射一个卫星去往3亿英里(4.8亿公里)外的火星之上呢?”

如果你最喜欢的广播电台曾经突然没了信号,或者直接跳到了另一个电台,原因可能就是一种被称为“等离子体”的带电气体在搞鬼,这种气体位于大气最上层的区域,也就是“电离层”中。这些气体层总是突然形成,然后持续好几个小时,作用就像是天空中的巨型镜子,让距离遥远的无线电信号在地平线之上反弹,从而干扰当地的广播信号,就像是两个人在试图互相交谈一样。这些气体层还可能干扰飞机和船只间的无线电通信,甚至让军用雷达迷失方向。

在火星之上,MAVEN能带我们更好地探索地球无线电干扰之谜

这张图显示了来自远程信号站的无线电信号(弯曲的紫色折线)在被电离层中的等离子体层反射后干扰到了当地信号站(黑色信号塔)。

图片来源:NASA戈达德航天飞行中心/ CI lab

在地球上,这些气体层的形成位置在大约60英里(约100公里)的海拔高度上,那里的空气密度对于飞机来说过于稀薄,飞机无法飞行其中;但对于卫星来说又过于浓厚,任何卫星都无法在那儿绕轨飞行;到达等离子层的唯一方法就是借用火箭,但火箭发射的任务又只能持续数十分钟,然后就坠落回地球了。“我们知道它们已经存在了80多年,但对它们内部发生的事情却知之甚少,因为没有一颗卫星能够降到这么低的高度,也就是无法触碰到这些等离子层,”科林森说道,“至少在地球上是没有这样的卫星的。”

在火星上,像MAVEN这样的探测器可以在较低的高度上运行,并且可以直接对相关的特征进行采样。MAVEN携带了多种科学仪器,可以对火星周围大气和空间中的等离子体进行测量,而最新的测量结果发现,当等离子体飞越过火星电离层时,等离子体的丰度出现了预料之外的突然激增,达到峰值。NASA 戈达德航天飞行中心的前MAVEN项目科学家乔·格里博夫斯基(Joe Grebowsky)立即意识到,这与他先前通过火箭飞行穿越地球等离子层时所经历的峰值如出一辙。MAVEN不仅发现了这种等离子层可以在地球以外的其他行星上出现,而且新的测量结果表明,火星反而提供了地球所不具备的探测条件,让我们能够用探测器准确地探索这些等离子层。

在火星之上,MAVEN能带我们更好地探索地球无线电干扰之谜

这张图像显示了MAVEN探测器在火星上遇到了等离子层。

图片来源:NASA戈达德航天飞行中心/ CI lab

“ MAVEN可以观测的这种低海拔高度,将填补我们对火星和地球上这一区域认识上的巨大空白,将让我们获得非常重大的发现。”格里博夫斯基说道,他同时也是论文的共同作者。

MAVEN的观测结果已经推翻了我们对这种现象的许多现有观念:MAVEN已经发现,这些等离子层还具有镜向相反的“裂缝”,也就是有些位置的等离子体浓度较低。在MAVEN于火星上发现它们之前,我们完全不知道自然界中竟有这种“裂缝”存在,这同时也推翻了现有的一些科学模型,因为在这些模型里“裂缝”无法形成。此外,不同于地球上这些等离子层的生命周期较短且形态性质不可预测,令人惊讶的是在火星上,等离子体层的生命周期非常长,并且相对稳定。

仅仅凭借现有的这些新发现,我们就已经对构成这些等离子层的基本过程有了更进一步的理解,而对于它们的形成机制,未来的火星探索将使我们能够建立更准确的科学模型。尽管就像自然天气一样,我们无法阻止它们的形成,但也许有一天,来自火星的新发现能帮助我们预测地球上等离子层的发生。这意味着对我们所有人而言,无线电通信将变得更加准确可靠。

这项研究由MAVEN任务资助。MAVEN的主要研究人员来自科罗拉多大学的大气与空间物理实验室,而位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德航天飞行中心负责管理MAVEN项目。其他的合作机构包括洛克希德·马丁太空公司、加州大学伯克利分校以及NASA的喷气推进实验室。NASA正在探索我们的太阳系以及更远的宇宙,利用我们强大的太空和地面任务梯队,揭示地球附近和更为深远的行星、恒星和宇宙之谜。

参考来源:

[1]https://www.nasa.gov/press-release/goddard/2020/mars-layers-and-rifts

[2] https://www.nature.com/articles/s41550-019-0984-8

    ——本信息真实性未经中国无线电网证实,仅供您参考