ELFIN是一對(duì)被稱(chēng)為CubeSats的小型立方體形狀的衛(wèi)星。它是由加州大學(xué)洛杉磯分校的本科生和研究生在工作人員導(dǎo)師的指導(dǎo)下建造和運(yùn)行的。

結(jié)合ELFIN的數(shù)據(jù)及NASA的Substorms期間事件和宏觀互動(dòng)的時(shí)間歷史或THEMIS航天器的更遠(yuǎn)距離觀測(cè)，科學(xué)家們確定電子雨是由哨聲波引起的，這是一種在太空中的等離子體中蕩漾的電磁波。他們的結(jié)果發(fā)表在《Nature Communications》上，該研究發(fā)現(xiàn)了比以往領(lǐng)先的理論預(yù)測(cè)的電子降水更多。

“ELFIN是第一顆測(cè)量這些超高速電子的衛(wèi)星，”新論文的論文第一作者、加州大學(xué)洛杉磯分校地球、行星和空間科學(xué)系(EPSS)的研究員Xiaojia Zhang說(shuō)道，“由于其獨(dú)特的有利位置，這項(xiàng)任務(wù)正在產(chǎn)生新的見(jiàn)解?！?/p>

近地空間環(huán)境是高度動(dòng)態(tài)的并充滿(mǎn)了帶電粒子，它們?cè)谛行侵車(chē)木薮蟓h(huán)中運(yùn)行，稱(chēng)為范艾倫輻射帶。類(lèi)似于一個(gè)在兩只手之間來(lái)回彈跳的卷曲的滑輪，輻射帶中的電子在地球的南北磁極之間螺旋式地移動(dòng)。在某些條件下，輻射帶中會(huì)出現(xiàn)被稱(chēng)為哨子波的電磁振動(dòng)，使電子的能量和速度大大增加，進(jìn)而使其于流失到大氣中并形成電子雨。

結(jié)合THEMIS對(duì)哨子波的觀測(cè)、ELFIN的電子數(shù)據(jù)和復(fù)雜的計(jì)算機(jī)建模，研究小組看到了哨子波是如何導(dǎo)致電子的快速洪流流入大氣層的，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了以前理論的預(yù)期數(shù)量。目前的空間天氣模型沒(méi)有考慮到這種額外的電子流，它不僅有助于產(chǎn)生耀眼的極光而且會(huì)損害低軌道衛(wèi)星并影響大氣化學(xué)。

EPSS的論文合著者、儀器負(fù)責(zé)人和空間物理學(xué)博士生Colin Wilkins說(shuō)道：“利用我們自己建造的硬件提供的數(shù)據(jù)增加我們的空間科學(xué)知識(shí)確實(shí)是一種有益的感覺(jué)。這需要在幕后做出巨大的努力和決心才能實(shí)現(xiàn)?！?/p>

通過(guò)進(jìn)一步的研究，研究人員發(fā)現(xiàn)，在地磁暴期間，這種類(lèi)型的輻射帶向大氣層的損失可能會(huì)顯著增加，地磁暴則是由太陽(yáng)活動(dòng)增強(qiáng)引起的干擾進(jìn)而影響近地空間。由于現(xiàn)有的模型沒(méi)有考慮到這一點(diǎn)，因此低估了電子降水的影響。

將電子損失對(duì)大氣的影響考慮在內(nèi)不僅對(duì)地面建模很重要而且對(duì)理解地球的磁環(huán)境和預(yù)測(cè)對(duì)衛(wèi)星、宇航員和其他空間基礎(chǔ)設(shè)施的危害也非常重要。盡管人們通常認(rèn)為太空跟我們的高層大氣是分開(kāi)的，但這兩者是密不可分的。了解它們之間的聯(lián)系可以使經(jīng)過(guò)該區(qū)域的衛(wèi)星和宇航員受益，這對(duì)商業(yè)、地球監(jiān)測(cè)、電信和旅游越來(lái)越重要。

“ELFIN任務(wù)讓加州大學(xué)洛杉磯分校的學(xué)生有機(jī)會(huì)在校園內(nèi)從事一個(gè)行業(yè)水平的項(xiàng)目，我很自豪我們能在不犧牲科學(xué)質(zhì)量的情況下跟300多名本科生一起完成這么多工作，”這項(xiàng)研究的論文共同作者、項(xiàng)目經(jīng)理、空間物理學(xué)博士生Ethan Tsai說(shuō)道，“來(lái)自ELFIN衛(wèi)星的數(shù)據(jù)處于空間天氣研究的最前沿并將在未來(lái)十年被世界各地的研究人員大量使用，因此我們非常努力地使我們的數(shù)據(jù)開(kāi)放并易于被整個(gè)空間科學(xué)界使用?！?/p>