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山东大学科研团队揭示太阳耀斑辐射扰动磁层空间

时间:2021-04-06    点击: 次    来源:不详    作者:佚名 - 小 + 大

  近日,山东大学“太阳爆发及其对行星空间环境的影响”攀登团队、美国国家大气研究中心、中科院地质地球所、美国达特茅斯学院所组成的国际团队在著名学术期刊《Nature Physics》发表了关于太阳耀斑的地球空间效应研究的最新成果,山东大学为论文第一和通讯作者单位,刘晶教授为第一和通讯作者。

  耀斑是太阳大气上局部区域最剧烈的爆发现象,在短短一、二十分钟内耀斑可释放出相当于几十亿颗百万吨级氢弹爆炸当量的能量,导致几乎全波段电磁辐射如X射线、极紫外线辐射等突然增强。2017年9月6日世界时9时10分,太阳爆发产生一例耀斑,据美国国家海洋和大气管理局空间天气预警中心报道,此次耀斑事件导致地球上朝向太阳一侧区域的高频无线电通信 “大范围失灵,失联时间长达一小时”。

2017年9月6日爆发的太阳耀斑

  是什么过程导致了此次无线电通信中断?这与被称为“悬在天空中的镜子”—电离层有关。“镜子”般电离层的存在,使得远距离无线通信成为了可能。当耀斑爆发时,随着太阳辐射强度的迅速增强,大气中的电离过程显著增强,导致其中的电子密度迅速升高,并引起突发电离层扰动。此时,在电离层中传播的高频无线电波会突然衰减甚至中断,直接影响无线电通信尤其是短波通信(包括电视台、电台广播等),也影响导航系统的信号传输和定位精度等。此外,耀斑还能加热中性气体,增加神舟、天宫等低地球轨道航天器的大气密度与阻力,使得航天器需消耗更多燃料维持既定轨道,从而影响其工作寿命。

  山东大学空间科学研究院刘晶教授团队采用了系列观测“利器”,包括全球卫星导航系统、欧洲非相干散射雷达网、覆盖南北极区的超级双子极光雷达网、电离层卫星和月球轨道卫星等,将这些“利器”数据联合分析。研究证实耀斑所产生的电离层效应可通过电动力学耦合扩展并影响到包括广袤磁层在内的整个地球空间区域,而不仅仅局限于先前认为的高层大气与电离层区域,这更新了人们对太阳-磁层-电离层耦合过程的全局认识。

  该发现有望改进现有的太阳风-磁层-电离层耦合模型,例如在模型中采用更高时间分辨率的时变太阳辐射光谱数据,提升模型诊断地球空间响应太阳瞬时辐射变化的能力,为预测包括磁层在内的整个地球空间响应太阳瞬时辐射变化奠定了理论基础。该研究还为探索和理解太阳耀斑对其他行星的影响提供了新的线索。

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