В астрономии , межпланетные мерцания относятся к случайным колебаниям интенсивности радиоволн от небесного происхождения, на шкале времени в несколько секунд. Это аналогично мерцанию, которое можно увидеть, глядя на звезды в ночном небе , но в радиочастоте электромагнитного спектра, а не в видимом . Межпланетное мерцание - это результат распространения радиоволн в результате колебаний плотности электронов и протонов , составляющих солнечный ветер .
Раннее обучение
Мерцание в радиоволнах из-за ионосферы наблюдалось еще в 1951 году Энтони Хьюишем , а затем он сообщил о нарушениях в излучении, полученном во время наблюдения яркого радиоисточника в Тельце в 1954 году. [1] Хьюиш рассмотрел различные возможности и предположил, что неоднородности в солнечной короне вызовут рассеяние за счет преломления и могут вызвать наблюдаемые им неоднородности. [2] Десять лет спустя, проводя астрометрические наблюдения нескольких ярких источников небесных радиоволн с помощью радиоинтерферометра , Хьюиш и двое сотрудников сообщили о «необычных флуктуациях интенсивности» в нескольких источниках. [3] Данные убедительно подтверждают идею о том, что флуктуации возникли из-за неоднородностей плотности плазмы, связанных с солнечным ветром , которые авторы назвали межпланетными мерцаниями [4] и признаны «открытием явления межпланетных мерцаний». " [5]
Для изучения межпланетных мерцаний, Хьюиш построил массив межпланетных мерцаний на обсерватории Mullard Радиоастрономической . Группа состояла из 2048 диполей на территории почти пяти акров земли и была построена для постоянного наблюдения за небом с временным разрешением около 0,1 секунды . Это высокое временное разрешение отличало его от многих других радиотелескопов того времени, поскольку астрономы не ожидали, что излучение объекта будет иметь такие быстрые изменения. [6] Вскоре после того, как начались наблюдения, ученица Хьюиша Джоселин Белл перевернула это предположение с ног на голову, когда заметила сигнал, который вскоре был признан исходящим от нового класса объектов - пульсара . Таким образом, «именно исследование межпланетных мерцаний привело к открытию пульсаров, хотя это открытие было побочным продуктом, а не целью исследования». [7]
Причина
Мерцание возникает в результате изменения показателя преломления среды, в которой распространяются волны. Солнечный ветер является плазма , состоит в основном из электронов и неподеленных протонов и вариаций показателя преломления обусловлены изменениями в плотности плазмы. [8] Различные показатели преломления приводят к изменениям фазы между волнами, проходящими через разные места, что приводит к интерференции . Поскольку волны интерферируют, частота волны и ее угловой размер расширяются, а интенсивность меняется. [9]
Приложения
Солнечный ветер
Поскольку межпланетное мерцание вызывается солнечным ветром , измерения межпланетного мерцания могут «использоваться в качестве ценных и недорогих датчиков солнечного ветра». [10] Как уже отмечалось, наблюдаемая информация, флуктуации интенсивности, связаны с желаемой информацией, структурой солнечного ветра, через изменение фазы, испытываемое волнами, проходящими через солнечный ветер. Корень среднего квадрат (RMS) флуктуация интенсивности часто выражается по отношению к средней интенсивности от источника, в перспективе называемого индексом мерцаний, который записывается в виде
Это может быть связано с отклонением фазы, вызванным турбулентностью солнечного ветра, с учетом падающей плоской электромагнитной волны, и дает
[11]
Следующий шаг, связывающий изменение фазы со структурой плотности солнечного ветра, можно упростить, если предположить, что плотность плазмы наиболее высока по направлению к Солнцу, что позволяет использовать «приближение тонкого экрана». Это в конечном итоге дает среднеквадратичное отклонение для фазы
[12]
где - длина волны падающей волны, - классический радиус электрона , - толщина "экрана" или масштаб длины, на котором происходит большая часть рассеяния, - типичный масштаб неоднородностей плотности; - среднеквадратичное изменение электронной плотности относительно средней плотности. Таким образом, межпланетные мерцания можно использовать как зонд плотности солнечного ветра. Измерения межпланетных мерцаний также можно использовать для определения скорости солнечного ветра. [13]
Особенно хорошо изучены устойчивые свойства солнечного ветра. В данное время, наблюдатели на Земле имеют фиксированную линию визирования через солнечный ветер, но при вращении Солнца в течение приблизительно месячный периода , перспектива на Земле меняется. Затем можно выполнить « томографическую реконструкцию распределения солнечного ветра» для характеристик солнечного ветра, которые остаются статичными. [14]
Компактные источники
Спектр мощности , который наблюдается из источника , который испытал межпланетные мерцания зависят от углового размера источника. [15] Таким образом, измерения межпланетных мерцаний могут быть использованы для определения размера компактных радиоисточников, таких как активные ядра галактик . [16]
Смотрите также
- Межпланетное пространство
- Межпланетная среда
- Межпланетная пыль
- Межпланетное облако пыли
- Межпланетное магнитное поле
- Межзвездное пространство
- Межзвездная среда
- межзвездная пыль
- Межгалактическое пространство
- Межгалактическая среда
- Межгалактическая пыль
- Список статей по плазме (физике)
Рекомендации
- ^ Хьюиш (1955), стр. 238.
- ^ Хьюиш (1955), стр. 242-244.
- ^ Хьюиш (1964), стр. 1214.
- ^ Хьюиш (1964), стр. 1215.
- ^ Alurkar (1997), стр. 38.
- Перейти ↑ Manchester (1977), pp. 1-2.
- Перейти ↑ Lyne (1990). п. 4.
- ^ Jokipii (1973), стр. 11-12.
- ^ Alurkar (1997), стр. 11.
- ^ Jokipii (1973), стр. 1.
- ^ Alurkar (1997), стр. 45.
- ^ Alurkar (1997), стр. 39-45.
- ^ Jokipii (1973), стр. 23-25.
- ^ "Мерчисон Widefield Array: межпланетное мерцание" . Архивировано из оригинала на 2011-07-20 . Проверено 20 июля 2009 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Шишов (1978).
- ^ Артюх (2001), стр. 185
Библиография
- Артюх, Вадим С. (2001). «Исследования АЯГ методом межпланетных мерцаний». Астрофизика и космическая наука . 278 (1/2): 185–188. Bibcode : 2001Ap и SS.278..185A . DOI : 10,1023 / A: 1013154728238 . S2CID 123391914 .
- Алуркар, СК (1997). Солнечные и межпланетные возмущения . Сингапур: World Scientific. ISBN 978-981-02-2925-2.
- Хьюиш, А. (1955). «Неправильная структура внешних областей солнечной короны». Труды Лондонского королевского общества. Серия А, Математические и физические науки . 228 (1173): 238–251. Bibcode : 1955RSPSA.228..238H . DOI : 10.1098 / RSPA.1955.0046 . JSTOR 99619 . S2CID 122176976 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- Хьюиш А., Скотт П. Ф. и Уиллс Д. (сентябрь 1964 г.). «Межпланетное мерцание радиоисточников малого диаметра». Природа . 203 (4951): 1214–1217. Bibcode : 1964Natur.203.1214H . DOI : 10.1038 / 2031214a0 . S2CID 4203129 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- Йокипи-младший (1973). «Турбулентность и мерцания в межпланетной плазме». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 11 (1): 1-28. Bibcode : 1973ARA & A..11 .... 1J . DOI : 10.1146 / annurev.aa.11.090173.000245 .
- Lyne, AG; Грэм-Смит, Ф. (1990). Пульсарная астрономия . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-83954-9.
- Манчестер, РН; Тейлор, Дж. Х (1977). Пульсары . Сан-Франциско: WH Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-0358-7.
- Шишов В.И., Шишова Т.Д. (1978). «Влияние размеров источника на спектры межпланетных мерцаний - Теория». Астрономический журнал . 55 : 411–418. Bibcode : 1978AZh .... 55..411S .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )