六台小卫星构成合成孔径望远镜 SunRISE将用于观测太阳射电暴

摘要:

想要在太空中搭建一座 6 英里(10 公里)宽的望远镜,似乎只有在科学作品里听说过。然而美国宇航局(NASA)想到了一个变通方案,它就是本文要为大家介绍的 SunRISE 项目。通过六个烤面包机大小的微型卫星协同工作,整套系统能够被高效地用于探测和追踪危险的爆炸性太空天气事件。

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洁净室中的首台 SunRISE 迷你卫星(来自:SDL)

NASA 表示,SunRISE 可组建称一套巨大的在轨射电望远镜,有助于加深科学家们对爆炸性太空天气事件的理解。

这些现象会产生危险的粒子辐射,可能危及天空中的宇航员和相关技术装备,并且会波及地面上的通信和电网设施。

定于 2024 年发射的 SunRISE,全称为“太阳无线电干涉仪空间实验”。而来自犹他州立大学空间动力学实验室的工程师们,将为 NASA 建造、测试和调试这六颗卫星。

NASA 喷气推进实验室 SunRISE 项目经理 Jim Lux 表示:几年后,这些卫星将组成一个巨大的太空望远镜,以地表无法做到的方式来观察太阳。

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想象图(来自:NASA / JPC-Caltech)

每颗 SunRISE 小卫星,都可充当望远镜中的单个天线。它们将在距离地球约 2.2 万英里(3.6 万公里)的轨道上运行,以检测来自日冕层的无线电波爆发。

此外每台小卫星都配备了四个可伸缩的天线臂,长度可伸至 10 英寸(2.5 米),并形成一个“X”。

在 NASA 深空网络接收到完整的卫星信号后,科学家们便可使用干涉测量技术,构建出一台虚拟的大口径射电望远镜、且宽度与相距最远的小卫星相当(6 英里 / 10 公里)。

此前在地面上的观测,经常也需要结合诸多单独天线的观测能力 —— 比如位于新墨西哥州的标志性 Karl G. Jansky 超大型阵列望远镜。

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原理示意(绿线特指传输回地面站的信号)

即便如此,位于太空的 SunRISE 虚拟射电望远镜,仍具有诸多得天独厚的优势 —— 尤其是能够“看到”被地球上层大气(电离层)阻挡的长波无线电信号。

据悉,SunRISE 能够更清晰地查明太阳射电爆发、或其它无线电波突发事件在日冕中更高处爆发的位置。基于此,科学家们便能够创建出更详细的 3D 位置地图。

太阳日冕处混杂了过热的太阳粒子和强大的磁场,耀斑和日冕物质抛射(CME)事件相当常见。同时它们能够对日冕处的高能粒子起到加速效果,进而对整个太阳系的人类活动构成威胁。

太阳射电爆发与高能粒子事件有关,且数十分钟就能到达地球。而通过精确定位太阳射电爆发的方位,SunRISE 就能够为人类争取宝贵的预警时间。

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(图自:NASA

除了 3D 图像,SunRISE 还可绘制太阳磁场线。它们会随着射电暴的产生而深入行星际空间,此外望远镜会持续不断地观测太阳是否有在整个日冕中随机出现无线射电暴。

密歇根大学安娜堡分校的 SunRISE 首席研究员 Justin Kasper 表示,这项任务的终极目标,旨在帮助科学家们更好地了解驱动这些爆炸性天气事件的形成机理。

另外如果让 NASA 的帕克太阳探测器穿过射电暴,SunRISE 也能借此机会对太阳射电暴进行成像,从而提供一个观察太阳高能粒子是如何加速的机会。

或者将 SunRISE 数据与 NASA-ESA 的太阳日球层天文台(SOHO)观测结果相结合,科学家们也将能够确定 CME 怎样触发不同类型的射电暴、且其中有多少加速粒子到达了地球附近。

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