衛星對地球磁層測量可以提供更好的空間天氣預報

太陽釋放出的帶電粒子不斷撞擊地球，其能量足以使地球上的生命幾乎不可能存在。生命之所以可能存在，是因為地球的磁場捕捉並偏轉了這些粒子，阻止了絕大多數粒子到達地球表面。被捕獲的粒子在北極和南極之間以複雜、不斷變化的模式來回反彈，這種模式也受到複雜、不斷變化的電場的影響。當它們行進范艾倫輻射帶接觸到兩極附近的大氣時，它們就產生了北方(和南方)極光，這些粒子的爆炸也會破壞衛星和地面上敏感設備。因此，理解輻射帶的複雜性至關重要。

由Arase/PWE在內部磁層捕獲被稱為「合唱」電磁波。圖片：Kanazawa University

博科園-科學科普：美國國家航空和宇宙航行局已經發射了兩顆衛星來研究范艾倫腰帶——然而，它們的軌道只允許它們探索赤道地區。這限制了我們理解粒子流動的能力，並阻止預測它們對所有衛星的影響。為了探索遠離赤道的區域，日本航天探索機構下屬的太空與航天科學研究所於2016年發射了Arase衛星。以金澤大學為中心的日本研究小組為Arase衛星配備了多個感測器進行等離子波實驗，探測地球內部磁層的電場和等離子波。現在已經從感測器中收集了他們的第一組數據，這些數據最近發表在《地球、行星和太空》上。Arase主要由覆蓋廣泛頻率範圍的電場和磁場探測器組成；它還可以測量大能量範圍內的等離子體/粒子。

聲波-粒子相互作用的概念圖解發生在地球內部磁層，將由ERG衛星進行探索。圖片：(C)JAXA ERG science team

為了提高效率，一台機載計算機在將最重要的信息送回地球之前，先研究磁場和粒子之間的相互關係。等離子體波實驗設備已通過初步檢驗，成功獲得高質量數據。已經獲得了大量的突發波形數據，應該很快就會比以前更了解發生在內部磁層中的波粒相互作用機制。項目的另一個優勢是，還可以將衛星數據與地面同步採集的數據進行比較，這些比較將大大拓寬我們對這一科學領域的理解。了解電子和其他粒子是如何從磁層向地球拋出的，可能是預測這種爆炸並防止它們發生的關鍵。

Arase衛星概述和Arase衛星上實現的感測器排列。圖片：(C)JAXA ERG science team

博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《Earth, Planets and Space》｜研究/來自：金澤大學，DOI: 10.1186/s40623-018-0842-4

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