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行星低频射电爆发的空间探测进展(5)

来源:北极光 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-05-22

【作者】网站采编

【关键词】

【摘要】木星两极千米波射电波观测数据表现出来的情况比土星更有特色[4,27-28]。它包括一个低频宽谱成分,频谱位于约10 kHz~1 MHz的千米波波段;一个频段略高的

木星两极千米波射电波观测数据表现出来的情况比土星更有特色[4,27-28]。它包括一个低频宽谱成分,频谱位于约10 kHz~1 MHz的千米波波段;一个频段略高的宽谱成分,频谱位于300 kHz~10 MHz的百米波段。木星的长波长的极光爆发除了存在千米波和百米波两类强的爆发辐射之外,还存在一类弱的、平稳的木星极光千米波辐射成分,是O模辐射,介于两类强的千米波辐射频带之间的过渡频带域。这个弱的辐射经常与前两类强射电爆发出现在相同的位置区域,是一种平稳的木星极光千米波射电成分。Ladreiter 等[28]的研究表明,低频宽谱成分来源于纬度稳定于9°~15°区域的一个70°~75°的开阔范围,辐射波束沿着围绕源磁场的一个旋转对称的半顶角为30°~80°锥形壁。在这个成分中,“尤利西斯号”探测器发现了强的X模射电辐射。

关于探测到的频段略高的数百米波长的宽谱成分,“尤利西斯号”的统一无线电和等离子体波实验(Unified Radio and Plasma Wave Experiment,URAP)从距离木星40~100个木星半径处,在低纬度地区即观测到了具有与10°~50°半顶角的填充锥形光束,也观测到了纵向分布的空心光束一致的模式。观测还表明,这个波段的极光射电辐射频率发生在极光磁力线附近的本地电子回旋频率,辐射源距离木星的范围在2~4个木星半径[4]。

Ladreiter等[28]还发现,木星千米波和百米波射电辐射都是以X模为主导的纯圆极化辐射,北半球多是右旋圆极化,南半球多是左旋圆极化。木星千米波辐射还有一些瞬时源,它们出现的范围很小并且位置随时间变化,几min就会扩散1°左右。

木星百米波射电爆发辐射存在时变特性,变化原因迄今没有完全解释清楚。“卡西尼号”土星探测器于2000年12月30日飞掠木星,在距离木星1 350个木星半径处借助搭载的射电与等离子体波科学装置RPWS与在轨飞行的木星“伽利略号”(Galileo)探测器在0.5~16 MHz波段对木星百米波射电辐射和极紫外极光辐射进行了联合探测[32-33]。探测发现两类辐射都类似与地球极光紫外和射电爆发辐射变化,是由来自太阳的行星际激波触发,联合观测直接确认了这批次的木星极光辐射爆发受到太阳风的控制。由于这次飞掠探测时间很短,没有机会获得更多的联合或协同观测实例,为未来的探测留下了待解决的问题。

继“伽利略号”探测器之后,NASA的“朱诺号”(Juno)探测器开启了新一轮木星探测,而且研究木星极光和射电辐射特性是其重要科学目标(“朱诺号”任务的介绍参见 cm厚的钛合金板构成的防护罩,在近距离探测时阻挡和屏蔽木星辐射带上的高能粒子对它的电子设备和太阳能电池板造成的损害。它搭载的MWR可以在6个射电频段对木星的射电爆发辐射进行探测,结合重力场、磁场的探测联合判定其核心的质量,探测它是否存在一个像地球这样的岩石核心以及评估金属含量情况。

MWR的一个标志性成果是绘制了木星大气内部的电磁波辐射分布图,并在最初的8次抵近木星的探测过程中[34]MWR侦测到了377次闪电放电,记录在MHz到GHz之间很宽的频带上,揭示了木星大气闪电的电磁波辐射特性,同时使用记录到的电磁波探测了木星的电离层和等离子体层的分布特性。观测结果表明,木星的高温导致闪电分布是由内向外并大部分闪电活动发生在两极,而很少发生在中低纬度和赤道附近,与地球情况截然不同。按照任务计划“朱诺号”探测器还将继续开展对木星的探测工作,到2021年中期结束。更多的MWR成果还在期待中。

2.2 木星10米波射电爆发与探测

由图4可见,木星的极光射电爆发除了千米波段的超宽带成分之外,还存在10米波射电爆发成分。木星10米波强辐射爆发成分可以穿透地球电离层的阻挡,在地面就可以探测到。从1955年在地面探测到开始,已经被包括射电天文探测卫星(Radio Astronomy Explorer,RAE)1号和 2号、“旅行者1号”“旅行者2号”“尤利西斯号”“伽利略号”、日地空间探测卫星WIND以及当今的“朱诺号”等大量的地球和行星际空间探测器观测,使得木星成为了射电爆发被观测最多的行星。从1999年开始,NASA发起并实施了一个长期射电木星射电观测的教育科研与普及结合的观测活动,组成了一个松散的全球联盟,前后聚集了来自全球70多个国家的中学和大学的数百个兴趣小组,参与到了木星10米波射电爆发的联合观测。组织者向这些团队提供了设备、软件、观测技术、木星射电监测结果共享服务(

木星的10米波射电爆发辐射频率可以向上延伸到40 MHz。这个频带的辐射的主要部分Io-DAM与木卫一强相关。残余部分non-Io-DAM与木卫一无关联,可能是百米波极光爆发辐射的高频延伸,对此目前尚无定论。木卫一木星空间电流系统是Io-DAM成分的发源地,在许多方面可以被认为是第二个“极光”来源。non-Io-DAM辐射爆发发生在极地上空,而Io-DAM的辐射空间位置多位于纬度比non-Io-DAM辐射低一些的区域,一部分Io-DAM包含有非常短暂(毫秒尺度)和强烈的无线电爆发。

文章来源:《北极光》 网址: http://www.bjgzzs.cn/qikandaodu/2021/0522/743.html

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