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科學家對太陽風進行建模再現衛星探測到軟X射線信號的複雜波動

科學家對太陽風進行建模再現衛星探測到軟X射線信號的複雜波動

2023-01-28 Comments 0 Comment

來自東京都立大學的研究人員使用數值方法對X射線衛星探測到的軟X射線信號中觀察到的變化進行建模。他們分析了來自”Suzaku”望遠鏡的數據,並將其與與我們大氣層最上部相互作用的太陽風的模型進行比較,成功地捕捉到了信號是如何隨衛星的軌道運動而變化的,這對如何為未來的衛星實驗進行預測具有意義。

1.jpg

來自太陽的帶電粒子向地球飛來,與地冕相互作用,地冕是由地球延伸到太空的寬闊的氫原子云。電荷被轉移到氫原子上,並發射出軟X射線。資料來源:東京都立大學

在20世紀90年代,德國軌道X射線望遠鏡ROSAT開始探測到光譜中軟X射線部分的信號的巨大變化,這些信號持續了一天左右。這些信號與同一時期發現的來自Hyakutake彗星的大量軟X射線相似。有人提出,這些是由於太陽風,從太陽到達的帶電粒子的通量,以及它們如何與我們大氣層上端或地冕的中性離子互動。2000年更詳細的觀測證實了這些事件的明顯光譜,被稱為太陽風電荷交換事件(SWCX),而這個機製本身也被廣泛接受。

2.jpg

Suzaku所測量的質子通量和光子在一個交換事件中的變化。該模型(紅色)被發現密切地再現了實驗中看到的變化。資料來源:東京都立大學

然而,對太陽風如何產生軌道望遠鏡的測量結果進行建模被證明要困難得多。它需要成功地捕捉到太陽風事件的到來,帶電粒子如何與中性原子相互作用,以及如何影響磁層,更不用說這些現像是如何結合起來產生衛星觀察到的信號在時間和空間上的變化。

現在,由東京都立大學副教授Yuichiro Ezoe領導的一個團隊已經成功地將這些方面結合起來,實現了一個能夠成功再現信號如何隨時間變化的模型。該團隊的重點是來自Suzaku的數據,Suzaku是日本宇宙航空研究開發機構在2005年發射的一顆X射線望遠鏡衛星。與其他衛星相比,”Suzaku”位於較低的軌道上,使它能夠觀察到磁層的極點,在那裡太陽風被強烈地彎曲掉。該團隊工作的一個亮點不僅是他們能夠匯集廣泛的天體物理事件,而且是如何將其映射到真實數據上。

該模型顯示出與實驗數據的出色對應關係,重現了觀察到的信號並且強度達到了2倍,這在該領域是一個令人印象深刻的創舉。此外,他們能夠重現當衛星的視線與極點對齊時信號中特別強烈的變化。有一些明顯的例外情況,比如當觀察到重大的地磁暴時;儘管如此,成功地再現這些變化為預測下一代空間X射線觀測的結果帶來了重大希望。

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