中國天文學家在頂部電離層模型改進方面取得重要進展

電子密度輪廓線例子
在受到太陽高能輻射以及宇宙線的激發後,60公里以上的地球大氣層被部分電離甚至完全電離,形成了我們所說的電離層。電離層是構成地球大氣的一個重要部分,當中存在著相當多的自由電子和離子,能夠使無線電波改變傳播速度,發生折射、反射和散射。對電離層的研究不僅是探索地球外部空間環境的重要課題之一,也是進行無線電通訊、​​廣播、導航和雷達定位等人類通訊活動的必要需求。

電離層的主要特性由電子密度、電子溫度、碰撞頻率、離子密度和離子溫度等空間分佈的基本參數來表示。其中最重要的研究對像是電子密度隨高度的分佈。這些參數可以反映電離層的季節特性,隨地磁經緯度的變化和電子密度的梯度變化等,並且同電離層溫度變化和動力學過程息息相關。

測量電子密度的最理想手段是通過精確的電離層探測儀進行實時觀測,然而這些探測設備無法覆蓋全球所有地方,也無法進行連續不間斷的測量。因此許多學者嘗試通過收集電離層特徵參數的觀測資料來對整個電離層建立相對可靠的經驗模型。上海天文台郭鵬副研究員表示,其中最著名的電離層模型是國際參考電離層模型(International Reference Ionosphere,簡稱 IRI),模型在提供電離層氣候模式和電離層參考標準方面有著極為廣泛的應用。然而在較高的高度即頂部電離層,IRI模型則通過一個類似指數函數來擬合電子密度的變化,不可避免地存在一定的不准確性。

郭鵬副研究員說:「在過去的兩年內,我們研究團隊對頂部電離層模型進行了深入的調研和分析,嘗試通過引入掩星探測計劃COSMIC提供的掩星觀測資料,對IRI頂部電離層廓線進行約束,從而提高IRI模型的精度,使其計算得到的頂部電子密度更接近真實的電離層情況。」

【圖、文:節錄自中國科學院上海天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】

發表迴響