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揭秘空间电场探测仪 如何从天上“看”地震

2018-02-03 11:15 来源:科普中国-军事科技前沿 

  出品:科普中国

  作者:赵清建

  监制:光明网科普事业部

  2月2日,“张衡一号”卫星成功发射,这是首颗我国自主研制的电磁监测试验卫星。该卫星的成功发射使得我国首次具备全疆域和全球三维地球物理场动态监测能力,成为唯一拥有在轨运行的多载荷、高精度地震监测试验卫星的国家。

揭秘空间电场探测仪 如何从天上“看”地震

  张衡一号搭载了搭载8种载荷,可以进行空间电磁场、电离层等离子体环境、高能粒子3类探测。其中,主载荷是由中国航天科技集团五院510所研制的电场探测仪。说起这个探测仪就厉害了,它可以探测卫星轨道环境空间电场,是目前国际上运行在太阳同步轨道上功能配置最全的空间电场探测仪器。

  问题来了,什么是空间电场?什么又是离子体环境?他们和预测地震有何关系?

  地球的周围有着一层薄薄的“壳”——空间等离子体环境,等离子体态的物质的性质在某种程度上就像是水一样,当受到地壳运动、地面人类活动等的影响时,其中的电磁波就会像水中的涟漪一样,在等离子体环境里传播。

  原来,科学家们发现地震也会对空间等离子体环境的电磁场产生影响,甚至会在地震前就已经开始了影响。因此科学家们希望通过研究空间等离子体变化与地震活动的关联规律,来探索如何攻克“地震预报”这一千年难题。

  为了感知空间三维电场,“张衡一号”卫星的电场探测仪通过伸杆向卫星本体外伸出四个传感器,正如四个灵敏的触角。每个触角都能准确的感知其所在周围等离子体环境电势,而两触角间电势差与距离的商就是两触角方向的电场,多组不共面方向的电场便能换算出空间三维电场。

  打个比方,这就像是我们可以通过水中的四个木块的高低变化,来探测水波的立体变化情况一样。只不过探测等离子体中的电场信号的“木块”要求很高,是4个内部具有高灵敏测量电路的“球”。这样的“球”可以探测到非常微小的等离子体电势变化,就好比可以在喜马拉雅山那么高的浪头上分辨出一滴水珠一样。

  而在卫星内部,有一个被称为“信号处理单元”的高灵敏电子学测量设备,就是探测仪的“大脑”。它把“触角”探测到的微小“波动”细分成十几个通道,进一步精细处理,变成数字量,分成频谱,再依靠卫星强大的通讯能力,把这些科学数据传到地面来,供科学家们研究地球周围等离子体空间的奥秘。

  为了把这些微小的“波动”传到卫星内部,“触角”们还需要4根纤细却“坚韧”的“神经”——我们称之为“电场探测仪复合电缆”。在卫星发射之前,它们把“触角”稳稳地拉住,而当卫星上天后,再通过先进的机构让触角笔直地伸展出去,这些“神经”就藏在“触角”内部,把“触角”感受到的每一丝电磁场波动忠实可靠地传递给“大脑”。(资料来源:航天科工局)

[责任编辑:肖春芳]

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