首張地球內磁層等離子結構3D圖誕生

2020-11-23 驅動之家

澳大利亞雪梨大學的一名亞裔本科生創造性地使用射電望遠鏡,探測到地球內磁層的管狀等離子結構,並得到3D圖像。這名學生名為克萊奧·洛伊,她說,「在過去的六十多年裡,科學家一直相信等離子結構的存在,但是從未直接觀察到過。我們首次拍攝到了等離子結構,提供了可視證據。」

「等離子結構對人類有重要意義,它們產生不必要的信號幹擾,影響衛星的導航系統。因此我們需要研究等離子結構。」地球的周圍被磁場佔領,稱為磁層,磁層中的大氣被陽光電離產生大量的等離子體。磁層的最內層是電離層,電離層的上面是等離子體層。它們嵌入在各種各樣的奇怪的等離子結構中,其中就包括洛伊剛剛發現的管狀結構。

「我們測量到的等離子體結構位於在地面上空600千米的高度,處於電離層並向上延伸至等離子體層。」洛伊說。藉助於澳大利亞西部沙漠的WMA默奇森寬視場射電望遠鏡陣列,洛伊能夠測繪大片天空區域,並發揮望遠鏡的快照能力,捕捉到了等離子體的實時運動影像。「我們看到壯觀的天空場景,高密度等離子體帶和低密度帶交相呼應。這個場景緩慢變化,並且漂亮地和地球的極光排列在一起。」

默奇森寬視場射電望遠鏡陣列由128個天線組成,分布在一個大約三公裡見方的區域內,它們平時作為一個設備同時工作。但是當洛伊把東方和西方的天線信號分離開時,就賦予瞭望遠鏡陣列觀測3D圖像的能力。「這就像把望遠鏡變成了一對眼睛,透過它們我們可以看到等離子體結構的三維特徵,並且觀察到它們的運動狀態。」洛伊介紹說,「我們能夠測量等離子結構之間的距離、它們距離地面的高度以及它們陡峭的傾角。在此之前這些測量都是不可能的。」

「洛伊很了不起,她不僅完成了這個發現,還讓科學界的同仁們都信服她的結論。作為一個背景平平的本科生,她的成就令人印象深刻。」洛伊的導師、雪梨大學物理學院教授塔拉·墨菲博士說,「當大家看到她的數據時,都覺得這些結果『好得難以置信』。然而在接下來的幾個月裡,洛伊向大家證明了她的發現既真實又有趣。」洛伊因此發現獲得了澳大利亞天文學會2015年的博克獎。


高密度等離子體帶和低密度帶交相呼應,並且一直緩慢變化。

 


把望遠鏡陣列中東方和西方的天線信號分開,就賦予了它觀測3D圖像的能力。

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