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揭开风暴隐藏的一面大川咲:法国的塔拉尼斯卫星将于11月发射

天文学与空间 2022-05-12 00:01:10

作者:情妇玛侬·柯伦娜·迪斯特里亚,CNRS 信用:CNRS 精灵、精灵、喷气式飞机……很少有人知道科学家习惯性地使用这种世俗的词语来描述短暂的发光事件,即在我们头顶几十公里处的活跃风暴中发生的闪光

很少有人知道风暴可以作为粒子加速器,产生非常短暂的x光和伽马射线爆发

但是在仅仅30年前发现的这些现象背后的物理过程和机制是什么呢?它们会影响高层大气、环境甚至人类的物理和化学吗?这就是法国塔拉尼斯卫星面临的问题,该卫星将于11月16日至17日夜间从圭亚那航天中心的织女星发射架上升空,这项全法国的任务涉及来自CNES、CNRS国家科学研究中心、原子能和替代能源委员会以及几所法国大学的研究科学家

在风暴发生的世界各地都可以看到低地球轨道和地球伽马射线闪光

但是因为我们对它们了解不够,它们没有出现在气候学家和气象学家的工具箱中

他们是否与日益增多的极端天气事件有牵连?如果是这样的话,它们可以被建模并被实时纳入预测

尽管塔拉尼斯首先是一颗基础研究卫星,但它提供的关于地球热机制和气候机制的数据可以服务于更多的实际应用,如气候学和天气预报

精灵、精灵、精灵光晕、蓝色喷气机,甚至是小精灵或侏儒,都只是给这一系列现象起的一些异想天开的名字——这是一个诗意的词汇,与他们的暴力形成鲜明对比

这些短暂的高层大气事件发生在风暴云顶和90公里高度之间

早在1920年第一次预言,它们的存在直到90年代才被证实

此后,它们被大量地面和空间观测记录了下来

精灵采取光的膨胀辉光的形式,出现在90公里的高度,持续时间不超过1毫秒;一场活跃的风暴可能会在几个小时内产生成千上万个

精灵出现在地球表面40到90公里之间,有复杂的树枝和卷须结构,可以持续10毫秒

蓝色喷流出现在风暴云的顶部,并传播到高达50公里的高度

偶尔,“巨型”喷流可能会传播90公里

康普顿伽马射线观测站(CGRO)于1994年首次用科学方法观测到了热转换因子

S

亚特兰蒂斯号航天飞机

在某些情况下,风暴会产生非常短的伽马光子爆发

转化生长因子一度被认为是伴随着精灵的罕见现象;我们现在知道它们是由云中的电活动产生的

由于缺乏合适的仪器,意大利敏捷卫星(2007)和美国

S

费米太空望远镜(2008)无法完全证实目前关于产生它们的机制的假设,也无法估计它们的数量

因此,塔拉尼斯将带来关于它们是如何产生的以及它们的辐射影响的新见解,这是以前从未测量过的

在法国,原子能机构CEA于1993年首次将注意力转向这些短暂事件及其影响

2010年12月9日,该项目获得了CNES董事会的正式批准

塔拉尼斯是一个全法国的任务,其科学目标由法国研究实验室设定

除了东航,CNRS还通过其附属的几个研究实验室1密切参与:LPC2E环境和空间物理和化学实验室正在协调科学有效载荷的开发,负责科学飞行任务中心,并提供仪器;IRAP天体物理学和行星学研究所、LATMOS大气、环境和空间观测实验室以及APC天体粒子和宇宙学实验室都对有效载荷作出了贡献

TARANIS插图

信用:CNES/伊利诺伊

/SATTLER Oliver,2012 塔拉尼斯的其他仪器包括美国斯坦福大学和戈达德空间飞行中心(GSFC)、捷克共和国大气物理研究所和查尔斯大学以及波兰科学院空间研究中心(CBK)的外部捐助

塔拉尼斯看起来有些不同,因为它取代了卫星上传统使用的镀铝或镀金聚酯薄膜绝缘,而是涂上了一层特殊的黑白涂料

这不仅仅是对美学细节的关注,涂料的目的是避免干扰周围的电场,并防止反射光干扰光学传感器

一个不太明显但很关键的特征是其有效载荷的原始设计,包括作为一个单元运行的八个仪器,这要归功于墨西哥中心,它是塔拉尼斯的大脑,为仪器供电并使其同步,管理有效载荷,执行触发策略以捕获事件,甚至处理选定数据到大容量存储器的传输

塔拉尼斯的有效载荷特写: XGRE:用于测量高能光子(50千电子伏至10兆电子伏)和相对论电子(1兆电子伏至10兆电子伏)的三个X射线和伽马射线探测器——APC/IRAP/CNESMCP(MC-U和PH-U):两个照相机(每秒10幅图像)和四个光度计,用于测量不同光谱带的亮度——CEA/CNESDEE:两个高能电子探测器(70千电子伏至4兆电子伏)——IRAP/Charles UniversitYim:三轴磁力计,用于测量交变磁场(5赫兹 斯坦福大学高频-高频:测量高频电场(100千赫至35兆赫)的高频天线——LPC2E/IAPIME-BF:测量低频电场(DC至1兆赫)的仪器——LATMOSSI:确定热等离子体波动的离子探针——GSFC/LATMOSMEXIC:由八个分析仪组成的两个电子单元,每个分析仪连接一个仪器

它为每个仪器供电,处理有效载荷模式,并与大容量存储器和机载计算机接口

墨西哥还将承担在探测到事件时同步仪器的任务(用微通道板的光度计进行TLEs,用XGRE进行TGF,用IDEE进行电子束,用IME高频进行波阵发)——LPC2E/CBK 在两到四年的时间里,塔拉尼斯将扫描风暴活动强烈的天空区域,并观察到热带风暴和/或热带风暴高的可能性

虽然这可能是一个国家计划,但其结果是更广泛的国际科学界热切期待的

除此之外,在大气化学和物理、环境科学、气候学、高能天体物理学和其他许多领域,塔兰尼斯将揭示新的见解——科学工作不会就此结束,因为这项任务无疑将为未来的研究铺平道路

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