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金星大气突现射电信号,是自然还是人为?

2020年7月11日,美国航天航空局(NASA)的帕克太阳探测器(Parker Solar Probe)的WISPR成象器在第三次飞越金星时,在7693英里高的太空中拍摄到了其夜半球的景象。

《地球物理研究快报》5月4日刊发的一项研究结果证实,金星的高层大气在太阳活动周期中会经历令人困惑的变化。这是解开“金星和地球为何如此不同”这一谜团的最新线索。

在一次掠过金星的短暂行程中,NASA的帕克太阳探测器探测到了一个射电信号,信号来自金星大气。这是近30年来科学家首次直接测得金星大气层的相关参数,它与我们过去对金星的认知存在很大差异。《地球物理研究快报》5月4日刊发的一项研究证实,金星的高层大气在太阳活动周期(为期11年)中会经历令人困惑的变化。这也是解开“金星和地球为何如此不同”谜团的最新线索。

由于形成时类似的物理学过程,地球和金星是一对“双胞胎”:它们都是岩质行星,大小和结构也相似。然而,它们的演化道路从出生起就大相径庭。金星的磁场很弱,其表面高温足以熔化铅,因而宇宙飞船最多只能在它附近逗留几个小时。

2020年7月11日,帕克太阳探测器第三次飞越金星,每一次飞越都是为了利用这颗行星的引力进一步接近太阳。这项由约翰・霍普金斯应用物理实验室执行的任务完成了迄今为止距离金星表面最近的一次飞越――仅517英里(约833千米)。

该研究的首席科学家、美国戈达德太空飞行中心的Glyn Collison曾多次分析所有目前可使用的金星观测数据。在帕克太阳探测器距离金星最近的短短七分钟内,它探测到了一个自然的低频射电信号。数据中轻微的波动引起了Collison的注意。这个信号的形状和强度与此前伽利略轨道飞行器(Galileo Orbiter)的数据中出现过的信号相似。当时,轨道飞行器每次穿过木卫的电离层时,类似的波动就会出现。因此,金星的射电信号并非人为。

和地球一样,金星大气层的上边缘也有一层带电气体,被称为电离层(ionosphere)。这片带电气体的海洋(或称等离子体)会自然地发出能被FIELDS等仪器探测到的射电波。当Collinson及其团队识别出这个信号时,他们意识到帕克太阳探测器掠过了金星的上层大气。这对研究人员来说是一个惊喜,他们利用这种射电辐射计算出了电离层的密度,而上一次直接测量金星电离层还是在1992年。

在接下来的几年时间里,地面望远镜的观测数据显示,随着太阳进入平静阶段(即太阳活动极小期),金星也会发生巨大的变化。尽管其大部分大气保持不变,但在太阳活动极小期,其顶部的电离层(气体可以从这里逸入太空)要稀薄得多。不过,在获得直接的测量结果之前,这一假设一直无法证实。好在这次,帕克太阳探测器终于用数据验证了该理论。事实上,金星电离层要比以前在太阳活动极大期时的厚度测量值稀薄得多。

了解金星电离层在进入太阳活动极小期后变薄的原因,是解释金星如何对太阳作出反应的重要部分。相关成果将帮助研究人员确定曾经与地球如此相似的金星,是如何变成今天这样一个灼热而毒气满满的世界。而收集有关电离层变化的数据,正是了解金星大气如何随时间演变的关键。

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编译:朱明逸 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《地球物理研究快报》

期刊编号:0094-8276

原文链接:https://phys.org/news/2021-05-parker-natural-radio-emission-venus.html

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