范艾伦探测器进入最后阶段,最终将在大气层毁

作者:数理科学

为了防止这两艘航天器成为航行危险,设计并建造这些航天器的约翰斯·霍普金斯应用物理实验室的研究人员于2月份通过一系列推进器演习,将它们置于轨道上。该探测器将于2034年左右毁灭。

根据美国宇航局的最新计划,其范艾伦探测器(Van Allen Probes)——两艘用来研究环绕地球的范艾伦辐射带的自动控制太空船将进入地球大气层,将在15年后毁灭。

据国外媒体报道,目前,美国宇航局勘测范艾伦带的两颗探测器在最终返回地球之前,正在重新定位使其更接近地球。

1958年,空间科学家在地球大气层的上部区域发现了两条范艾伦辐射带,呈环圈形的辐射带好像油炸食品“甜甜圈”的外形。不同的带电粒子构成了范艾伦辐射带,位于内侧的辐射带由高能电子和高能正离子组成,位于外侧的辐射带由高能电子组成。两条大气层上方的范艾伦辐射带环绕我们的地球,太阳风和地球磁场的相互作用影响了辐射带的性质,范艾伦辐射带在地球上方形成两条天然的屏障。空间科学家没有停止对范艾伦辐射带的探测,2013年2月,一支科学团队发现了令人惊奇的第三条范艾伦辐射带,《科学》杂志报道了团队的探测成果。第三条辐射带位于第一条和第二条辐射带之间,窄的辐射带似乎有一种“时隐时现”的特征,时而出现在那个位置,时而从那个位置消失。

2012年8月23日,探测器从佛罗里达的卡纳维尔角空军基地发射升空,其原名为辐射带风暴探测器(Radiation Belt Storm Probes)。最初的任务是花两年时间研究著名的范艾伦辐射带。环绕地球,保护我们免受宇宙辐射。然而,近七年之后,无人卫星仍然很强大,任务控制中心必须安排对其进行必要的轨道修正。

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在它们重返地球大气层,并在大气层毁灭之前,其中一颗探测器已经开始向轨道最低点——近地点运行。操作指令下达取决于探测器是否处于正确方向,启动引擎需要两个小时时间。预计近地点时间窗口一年仅有一至两次,从2月12日-2月22日,从3月11日-3月22日。

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范艾伦辐射带1958年被美国的第一颗人造卫星“探险者1号”(EXPLORER-I)首次探测到,并以发现者物理学家詹姆斯·范艾伦的名字命名,这两条辐射带是由太阳与地球磁场的相互作用产生的。当发生这种情况时,带电的质子和电子像磁铁周围的铁屑一样被捕获在磁场中,形成致命辐射区域。

为了防止这两艘航天器成为航行危险,设计并建造这些航天器的约翰斯⋅霍普金斯应用物理实验室的研究人员于2月份通过一系列推进器演习,将它们置于轨道上。该探测器将于2034年左右毁灭。

这一操控使探测器距离地球更接近190英里,为它15年后最终返回地球大气层做好准备工作。美国约翰霍普金斯应用物理实验室范艾伦探测器项目主管内莉·莫萨维说:“为了使范艾伦探测器能够在合理时间段可控地重返大气层,我们需要接近近地点。”

(艺术概念图展示了范艾伦辐射带。范艾伦辐射带是一个甜甜圈形区域,含有“致命电子”,环绕地球的辐射带经常由于太阳风暴和其它空间天气事件而发生膨胀,对卫星通讯、GPS卫星以及宇航员构成严重威胁。)

2012年8月23日,探测器从佛罗里达的卡纳维尔角空军基地发射升空,其原名为辐射带风暴探测器(Radiation Belt Storm Probes)。最初的任务是花两年时间研究著名的范艾伦辐射带。环绕地球,保护我们免受宇宙辐射。然而,近七年之后,无人卫星仍然很强大,任务控制中心必须安排对其进行必要的轨道修正。

在新的高度,空气动力阻力会导致人造卫星坠落,并最终在上层大气烧毁。莫萨维说:“我们的任务是获取大量科学数据,同时防止产生更多的太空碎片,这样我们的下一代也有机会探索太空。”

第三条范艾伦辐射带出现和消失的“隐身现象”引起了科学家的注意,加州大学洛杉矶分校的大气和海洋学院的科学家组成了科学小组,他们成功地解释了第三条辐射带时而产生、时而消退的物理机制,《地球物理学研究通讯》杂志刊登了他们的研究论文。加州大学洛杉矶分校的科学家理查德·索恩和科学小组的同事发现,第三条范艾伦辐射带的“存活周期”为四个星期,通过定量分析在辐射带内分散电子的相对论运动、定性分析磁场的惠斯勒模型在稠密等离子体产生的波动作用,他们解释了辐射带不同寻常的、缓慢的衰变过程、解释了只有当注入的相对论电子的能量达到2兆电子伏特时,人们才能够观测到辐射带的呈现。

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