【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施高海拔宇宙線觀測站(英文LHAASO，簡稱“拉索”) 通過精確測量太陽遮擋銀河宇宙線而形成陰影隨太陽活動的微小變化，首次實現(xiàn)了對日地間行星際磁場的每日監(jiān)測，相對于地球附近軌道上衛(wèi)星的監(jiān)測結(jié)果提前3.3天捕捉到行星際磁場的變化，同時該結(jié)果也挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的行星際磁場模型，為空間環(huán)境研究和監(jiān)測注入了新活力。該成果于2024年9月27日在中國百余名青年科學(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。該研究工作由中國科學(xué)院高能物理研究所牽頭的“拉索”國際合作組完成，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。
太陽作為地球生物主要能量來源，其活動也時刻影響著地球的環(huán)境。隨著人類科技進步和更多電子及空間設(shè)備的應(yīng)用，太陽活動對人類的影響也在被逐步放大，因此監(jiān)測太陽活動和預(yù)測日地空間天氣成為人類科學(xué)研究的重要內(nèi)容。行星際磁場是太陽磁場向行星際空間的延伸，長期以來，人類主要通過日冕儀監(jiān)測太陽表面的活動，結(jié)合地面和航天器上的監(jiān)測，對行星際磁場變化開展研究并預(yù)報這些變化對地球磁場造成的擾動，也就是通常說的空間天氣預(yù)報。但是，在日地間廣袤行星際空間中，監(jiān)測手段始終是整個監(jiān)測系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，難以提供一幅完整的行星際磁場變化的瞬時圖像，顯然這是空間環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報所需的重要信息。
銀河宇宙線主要由帶正電高能粒子組成，以接近光速從四面八方撞向地球，而太陽就像一把傘，抵擋著這些高能粒子，形成了一個陰影(簡稱“日影”)。宇宙線從太陽傳播到地球只需8分鐘，期間受日地空間不同處磁場影響而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此日影位置的移動就可以示蹤宇宙線的偏轉(zhuǎn)，宇宙線就像一個探針，可以“診脈”日地空間磁場強度及其變化。此前宇宙線探測陣列雖然也能夠觀測日影，但是因為陣列靈敏度限制，無法利用當(dāng)天的數(shù)據(jù)就實現(xiàn)日影的精確測量。拉索以其超群的高靈敏度，首次實現(xiàn)了這種當(dāng)日及時觀測，研究人員借助每天日影位置移動信息，成功測量到了2021年3月到10月期間每天行星際磁場強度及其變化(圖1)，并發(fā)現(xiàn)該測量領(lǐng)先地球附近航天器測量
天，為長期監(jiān)測行星際磁場及其變化提供了一個新的監(jiān)測手段，彌補了在日地間大范圍內(nèi)測定行星際磁場的短板，為空間環(huán)境研究和預(yù)報注入了新的活力。此外，3.31天的領(lǐng)先時間也挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的行星際磁場模型Parker模型，因為該模型預(yù)期領(lǐng)先時間僅有2.06±0.04天。
圖1： 拉索利用宇宙線日影測量日地間磁場示意及提前3.3天測量到的地球附近行星際磁場強度及其隨時間變化。
拉索位于四川省稻城縣海拔4410米的海子山，于2021年7月開始穩(wěn)定運行，是國際上領(lǐng)先的宇宙線探測裝置。拉索國際合作組基于拉索實驗數(shù)據(jù)已在多個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重要成果。該項研究得到了國家自然科學(xué)基金和博士后科學(xué)基金等資助。
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