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月球偏振技术帮助世界上最大的射电望远镜测量木星上900英里每小时的风

部分摘自《大众科学》

一个国际天文学家团队使用了月球技术,他们刚刚首次测量了木星的平流层猛烈的风,他们使用了一颗27岁的彗星来做这件事。

科学家们已经测量了木星对流层(这颗行星的标志性条纹所在)和电离层的风速。但是这项新研究是第一次使用非常灵敏的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)来测量木星平流层的风速。他们测量了赤道附近和两极附近的风速。

来自NASA朱诺号的木星大气层
这张由美国宇航局“朱诺”号飞船拍摄的木星湍流大气的照片,包括了木星南部的几个喷射流。来源:美国国家航空航天局/姓名/ SwRI / mss

风速测量的一些结果并不太令人惊讶——研究人员发现赤道的风速大致与模型预测的一致。“但完全出乎意料的是,我们在两极附近看到了什么,”研究作者Thibault Cavalié说,他是波尔多天体物理学实验室的行星科学家,领导了这项实验。研究小组发现风速为300- 400米/秒,大约每小时700 - 900英里,以意想不到的方向横扫两极。

Cavalié说,几十年来,计算行星风速最简单的方法就是简单地拍一张行星的快照,然后在一段时间后再拍一张,看看云在两帧之间移动了多远。但在更高的海拔,这就行不通了,因为风是看不见的。没有云可追踪。

但自从1994年苏梅克-列维9号彗星撞击木星以来,研究人员一直在密切关注这颗彗星携带的两种化合物:氰化氢和一氧化碳。研究小组能够追踪到这些化学物质的独特光谱指纹。既然他们可以利用云的运动来追踪风,也许他们可以利用这些分子来做同样的事情,通过ALMA来检测它们的频率。

ALMA在日落时接收天线
查南托高原日落时的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)天线。ALMA是现存最大的天文项目,它是由66个高精度天线组成的革命性设计的单一望远镜,位于智利北部查南托高原海拔5000米的高度。信贷:阿尔玛(ESO / NAOJ / NRAO)


然后,他们利用了多普勒效应,这意味着这些频率的变化取决于分子是向我们移动还是远离我们。所以,在木星上,当分子吹向望远镜时,它们产生的光谱信号与远离时的略有不同。通过测量频率的差异——频率碰撞的程度——研究小组可以测量分子(和风)移动的速度。

卢娜的技术是如何起作用的

ALMA是目前世界上最大的射电望远镜Luna Innovations长程偏振稳定光纤拉伸器组件修正ALMA的时间,以消除温度变化和天线运动影响。这个定制模块结合了Luna公司(原通用光电公司)的多项专利技术:用于光路匹配的光纤拉伸器,用于动态控制偏振的偏振控制器,以及用于分析偏振并用作反馈信号的偏振计。NARO是国家射电天文台(National Radio Astronomy Observatory, NARO)的专业产品,它能在100Hz的频率下产生4毫米的光学延迟,通过定制偏振控制和监测电路实现了极其精确的控制水平。

为了向天线提供最精确的振荡器定时信号,ALMA采用了一种非常精确的尺度来探测每个天线的光纤延迟的微小变化。这是通过一个超稳定的“主激光器”和一个光电光纤线拉伸器来实现的,该拉伸器持续调整每个天线的总光纤长度。

用于ALMA的Luna极化组件
Luna公司为国家射电天文台设计的远程偏振稳定光纤拉伸装置,用于世界上最大的射电望远镜阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)。

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