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“拉索”實(shí)現(xiàn)利用銀河宇宙線監(jiān)測(cè)日地間行星際磁場(chǎng)

研發(fā)快訊 2024年10月05日 14:06:02來(lái)源:中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所 20844
摘要國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施高海拔宇宙線觀測(cè)站(英文LHAASO,簡(jiǎn)稱“拉索”) 通過(guò)精確測(cè)量太陽(yáng)遮擋銀河宇宙線而形成陰影隨太陽(yáng)活動(dòng)的微小變化,首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)日地間行星際磁場(chǎng)的每日監(jiān)測(cè)。

  【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施高海拔宇宙線觀測(cè)站(英文LHAASO,簡(jiǎn)稱“拉索”) 通過(guò)精確測(cè)量太陽(yáng)遮擋銀河宇宙線而形成陰影隨太陽(yáng)活動(dòng)的微小變化,首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)日地間行星際磁場(chǎng)的每日監(jiān)測(cè),相對(duì)于地球附近軌道上衛(wèi)星的監(jiān)測(cè)結(jié)果提前3.3天捕捉到行星際磁場(chǎng)的變化,同時(shí)該結(jié)果也挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的行星際磁場(chǎng)模型,為空間環(huán)境研究和監(jiān)測(cè)注入了新活力。該成果于2024年9月27日在中國(guó)百余名青年科學(xué)家聯(lián)合創(chuàng)刊的綜合性英文學(xué)術(shù)期刊《創(chuàng)新》(The Innovation)上發(fā)表。該研究工作由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所牽頭的“拉索”國(guó)際合作組完成,高能所南云程博士后、陳松戰(zhàn)研究員以及山東大學(xué)馮存峰教授是該論文的通訊作者。
 
  太陽(yáng)作為地球生物主要能量來(lái)源,其活動(dòng)也時(shí)刻影響著地球的環(huán)境。隨著人類科技進(jìn)步和更多電子及空間設(shè)備的應(yīng)用,太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)人類的影響也在被逐步放大,因此監(jiān)測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)和預(yù)測(cè)日地空間天氣成為人類科學(xué)研究的重要內(nèi)容。行星際磁場(chǎng)是太陽(yáng)磁場(chǎng)向行星際空間的延伸,長(zhǎng)期以來(lái),人類主要通過(guò)日冕儀監(jiān)測(cè)太陽(yáng)表面的活動(dòng),結(jié)合地面和航天器上的監(jiān)測(cè),對(duì)行星際磁場(chǎng)變化開(kāi)展研究并預(yù)報(bào)這些變化對(duì)地球磁場(chǎng)造成的擾動(dòng),也就是通常說(shuō)的空間天氣預(yù)報(bào)。但是,在日地間廣袤行星際空間中,監(jiān)測(cè)手段始終是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié),難以提供一幅完整的行星際磁場(chǎng)變化的瞬時(shí)圖像,顯然這是空間環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)所需的重要信息。
 
        銀河宇宙線主要由帶正電高能粒子組成,以接近光速?gòu)乃拿姘朔阶蚕虻厍?,而太?yáng)就像一把傘,抵擋著這些高能粒子,形成了一個(gè)陰影(簡(jiǎn)稱“日影”)。宇宙線從太陽(yáng)傳播到地球只需8分鐘,期間受日地空間不同處磁場(chǎng)影響而發(fā)生偏轉(zhuǎn),因此日影位置的移動(dòng)就可以示蹤宇宙線的偏轉(zhuǎn),宇宙線就像一個(gè)探針,可以“診脈”日地空間磁場(chǎng)強(qiáng)度及其變化。此前宇宙線探測(cè)陣列雖然也能夠觀測(cè)日影,但是因?yàn)殛嚵徐`敏度限制,無(wú)法利用當(dāng)天的數(shù)據(jù)就實(shí)現(xiàn)日影的精確測(cè)量。拉索以其超群的高靈敏度,首次實(shí)現(xiàn)了這種當(dāng)日及時(shí)觀測(cè),研究人員借助每天日影位置移動(dòng)信息,成功測(cè)量到了2021年3月到10月期間每天行星際磁場(chǎng)強(qiáng)度及其變化(圖1),并發(fā)現(xiàn)該測(cè)量領(lǐng)先地球附近航天器測(cè)量天,為長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)行星際磁場(chǎng)及其變化提供了一個(gè)新的監(jiān)測(cè)手段,彌補(bǔ)了在日地間大范圍內(nèi)測(cè)定行星際磁場(chǎng)的短板,為空間環(huán)境研究和預(yù)報(bào)注入了新的活力。此外,3.31天的領(lǐng)先時(shí)間也挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的行星際磁場(chǎng)模型Parker模型,因?yàn)樵撃P皖A(yù)期領(lǐng)先時(shí)間僅有2.06±0.04天。
  圖1: 拉索利用宇宙線日影測(cè)量日地間磁場(chǎng)示意及提前3.3天測(cè)量到的地球附近行星際磁場(chǎng)強(qiáng)度及其隨時(shí)間變化。
 
  拉索位于四川省稻城縣海拔4410米的海子山,于2021年7月開(kāi)始穩(wěn)定運(yùn)行,是國(guó)際上領(lǐng)先的宇宙線探測(cè)裝置。拉索國(guó)際合作組基于拉索實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已在多個(gè)物理方面取得重要成果,本次發(fā)現(xiàn)是拉索在宇宙線應(yīng)用研究方面取得的第一個(gè)重要成果。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和博士后科學(xué)基金等資助。

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