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市科委今日宣布,2021年火星太阳凌日期间(9月下旬至10月中旬),在国家航天局、中科院上海天文台、国家空间科学中心的支持下,中国科学院、北京大学地球与空间科学学院、中国科学院国家天文台、澳大利亚塔斯马尼亚大学、欧洲甚长基线研究所等中外研究机构干涉测量联合开展了“天问一号”轨道器和“火星快车”轨道器的测控通信信号。 在观测太阳凌日和掩星方面取得了重要的研究成果。 查看详情↓

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火星凌日是指地球和火星向太阳两侧移动且三者几乎在一条直线上的自然现象(如图1所示)。 火星凌日期间,探测器向地球测控站发射的无线电信号经过近太阳空间(以下简称近日空间),受到太阳电磁辐射的干扰,造成信号强度和频率的变化。 通过研究这些效应,科学家可以反演研究太阳的活动。

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太阳凌日期间地球、火星和太阳之间的位置关系

2021年火星凌日期间,“天问一号”轨道器和欧洲航天局“火星快车”轨道器任务组控制两个探测器定期向地球发射无线电信号。 多国科学家利用国内外十几台射电望远镜,观测了太阳对两个探测器信号的影响。

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火星凌日期间,多个VLBI站对天问一号和火星快车进行观测

2021年10月9日,当火星投影点(火星在太阳附近的投影,如图2所示)距离日心2.6Rs(太阳半径)时,研究人员发现6个观测站接收到了“天问一号” “火星快车”和“火星快车”的无线电信号频率出现±20Hz最强干扰,持续10分钟。

通过分析扰动信号,研究人员发现,无线电信号在传播过程中经过太阳附近的空间时,该区域的总电子含量变化了数千个TECU(总电子数单位,1 TECU = 1016个电子/平方米)。 。 与同期大角度光谱日冕仪(LASCO)获得的光学遥感观测数据进行对比后发现,此次总电子含量的变化是由日冕物质抛射(CME)现象引起的。 作为太阳上最猛烈的喷发之一,CME现象可以快速喷射出大量携带磁场的等离子体。 这些等离子体对信号的折射和散射效应会引起信号频率的干扰。

由于同一频率扰动信号到达不同测量站的时间不同,因此可以通过频率扰动信号与各测量站之间的传播距离和传播时间计算出CME的等离子体喷射速度。 因此,可以利用多站联合测量来研究太阳活动在近太阳空间的空间传播。

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(a) 天问一号频率扰动变化

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(b) 火星快车频率扰动变化

2021年10月9日,火星投影点距离日心2.6 Rs时,日冕物质抛射引起的天问一号(a)和火星快车(b)的频率和载噪比扰动变化。 Hh:南非Hartbisterhoek站; Ys:西班牙Jeves站; Mc:意大利Medicina站; Sv、Zc和Bd:俄罗斯斯韦特拉耶站和泽伦丘克站斯卡亚站和班达拉站; Yg:澳大利亚亚拉站。 日冕物质抛射于07:09到达火星投影点,日冕物质抛射锋于07:20到达火星投影点,于07:32离开,11:00后返回背景太阳风状态。 07:20至07:32之间,频率扰动达到±20Hz。 时间为协调世界时 (UTC)。

LASCO于2021年10月9日世界标准时间06:30-13:00期间捕获的日冕物质抛射现象

同时,在火星投影点附近较小的空间尺度上观测到了日冕物质抛射与日冕流相互作用引起的日冕流波。 日冕流波是一种大范围的日冕波现象,又称“飞越太阳的带子”,反映了磁场对太阳风等离子体运动的约束。 通常,日冕电流波是通过日冕仪使用光学手段观测到的,但受到观测背景亮度的限制。 此次,通过射电方法观测到了暗背景、光学手段无法区分的日冕流波的详细结构,为未来日冕流观测提供了新的方法。

这次观测还检测到了日冕物质抛射离开时初期的高速太阳风流。 初生太阳风是指太阳刚刚发出的太阳风。 一般认为,初级太阳风速度较低,在距日心5Rs~20Rs范围内加速后形成高速太阳风。 此次观测发现,距日心2.6 Rs处存在速度高达每秒数千公里的高速太阳风现象。 研究人员推测,新生的高速太阳风流可能受到来自太阳的磁流体动力波的影响。 。 此次观测工作也表明,多站观测方法可以为研究人员研究太阳风流和磁流体涨落提供观测数据支持。

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整个观测过程中测得的日冕物质抛射、日冕流波和高速流的速度变化

(左:瞬变太阳风速度变化和CME经过火星投影点引起的高速流径向速度变化;右:日冕流波速变化)

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日冕流波到达多个测量站投影点以及沿Hh-Ys方向传播的高速流示意图。

这项工作得益于探测器射电遥感观测方法的高灵敏度以及多站联合观测的高时间分辨率和高空间分辨率的优势。 该方法可以观测原位探测器无法到达的近太阳空间以及光学手段无法识别的小尺度快速变化的空间,帮助研究人员研究近太阳空间环境及其对深空的影响更详细的沟通。 。

该作品题为“Detecting the Oscillation and Propagation of the Nascent Dynamic Solar Wind Structure at 2.6 Solar Radii Using Very Long Baseline Interferometry Radio Telescope”,该题发表在天文学领域国际专业期刊《The Astrophysical Journal Letters》上。 通讯作者为中国科学院上海天文台的马茂力和澳大利亚塔斯马尼亚大学的Guifré Molera Calvés。

这项工作得到了国家航天局探月与航天工程中心、北京航天飞行控制中心、北京跟踪与通信技术研究院、中国VLBI网、上海天文台VLBI中心和欧洲VLBI观测网的大力支持,以及国家自然科学基金委、上海天文台国家基础科学公共科学数据中心“VLBI月球与深空探测数据库”和国家重点研发计划项目。

信息来源:市科委、中国科学院上海天文台

作者 admin