Interplanetarisk scintillasjon - Interplanetary scintillation

I astronomi , interplanetariske scintillasjons er tilfeldige fluktuasjoner i intensiteten av radiobølger til himmel opprinnelse, på den tidsskala på noen få sekunder. Det er analogt med det blinkende man ser å se på stjernerhimmelen om natten, men i radiodelen av det elektromagnetiske spekteret i stedet for det synlige . Interplanetar scintillasjon er et resultat av radiobølger som beveger seg gjennom svingninger i tettheten til elektronet og protonene som utgjør solvinden .

Tidlig studie

Scintillasjon i radiobølger på grunn av ionosfæren ble observert allerede i 1951 av Antony Hewish , og han rapporterte deretter uregelmessigheter i stråling mottatt under en observasjon av en lys radiokilde i Taurus i 1954. Hewish vurderte forskjellige muligheter, og antydet at uregelmessigheter i solcorona ville forårsake spredning ved brytning og kunne forårsake uregelmessigheter han observerte. Et tiår senere, mens de foretok astrometriske observasjoner av flere lyse kilder til himmelske radiobølger ved hjelp av et radiointerferometer , rapporterte Hewish og to samarbeidspartnere "uvanlige fluktuasjoner i intensitet" i noen av kildene. Dataene støttet sterkt oppfatningen om at svingningene skyldes uregelmessigheter i tettheten av plasmaet assosiert med solvinden , som forfatterne kalte interplanetarisk scintillasjon, og blir anerkjent som "oppdagelsen av fenomenet interplanetarisk scintillasjon."

For å studere interplanetarisk scintillasjon bygde Hewish Interplanetary Scintillation Array ved Mullard Radio Astronomy Observatory . Matrisen besto av 2.048 dipoler over nesten fem dekar land, og ble bygget for å konstant undersøke himmelen med en tidsoppløsning på omtrent 0,1 sekunder . Denne høye tidsoppløsningen skilte den fra mange andre radioteleskoper på den tiden, ettersom astronomer ikke forventet at utslipp fra et objekt ville vise så raske variasjoner. Kort tid etter at observasjonene var i gang, snudde Hewishs student Jocelyn Bell denne antagelsen på hodet, da hun la merke til et signal som snart ble gjenkjent som etende fra en ny klasse av objekter, pulsaren . Således "var det en undersøkelse av interplanetarisk scintillasjon som førte til oppdagelsen av pulsarer, selv om funnet var et biprodukt i stedet for formålet med undersøkelsen."

Årsaken

Scintillasjon oppstår som et resultat av variasjoner i brytningsindeksen til mediet som bølger beveger seg gjennom. Den Solvinden er et plasma , som hovedsakelig består av elektroner og enslige protoner , og variasjonene i brytningsindeksen er forårsaket av variasjoner i tettheten av plasmaet. Ulike brytningsindekser resulterer i faseendringer mellom bølger som beveger seg gjennom forskjellige steder, noe som resulterer i interferens . Ettersom bølgene interfererer, både frekvensen til bølgen og dens vinkelutstrekning er utvidet, og intensiteten varierer.

applikasjoner

Sol-vind

Siden interplanetarisk scintillasjon er forårsaket av solvinden , kan målinger av interplanetarisk scintillasjon "brukes som verdifulle og rimelige sonder for solvinden." Som allerede nevnt, er den observerte informasjonen, intensitetsvariasjonene, relatert til ønsket informasjon, solvindens struktur, gjennom faseendringen som bølger beveger seg gjennom solvinden. Den kvadratisk middelverdi (RMS) av styrkevariasjoner blir ofte uttrykt i forhold til den midlere intensitet fra kilden, i et begrep som kalles den scintillasjons-indeksen, som er skrevet som

Dette kan være relatert til faseavviket forårsaket av turbulens i solvinden ved å vurdere den hendende elektromagnetiske planbølgen, og gir

Det neste trinnet, som omhandler faseendringen til tetthetsstrukturen til solvinden, kan gjøres enklere ved å anta at plasmaets tetthet er høyest mot solen, noe som tillater "tilnærming til tynn skjerm". Å gjøre det til slutt gir et RMS -avvik for fasen av

hvor er bølgelengden til den innkommende bølgen, er den klassiske elektronradius , er tykkelsen på "skjermen", eller lengdeskalaen som størstedelen av spredningen finner sted over, er den typiske størrelsesskalaen for tetthetsuregelmessigheter, og er rot gjennomsnittlig kvadrat variasjon av elektrontettheten om gjennomsnittlig tetthet. Dermed kan interplanetarisk scintillasjon brukes som en sonde på tettheten til solvinden. Interplanetære scintillasjonsmålinger kan også brukes til å utlede hastigheten til solvinden.

Stabile trekk ved solvinden kan studeres spesielt godt. På et gitt tidspunkt har observatører på jorden en fast siktlinje gjennom solvinden, men når solen roterer over en periode på omtrent en måned , endres perspektivet på jorden. Det er da mulig å gjøre " tomografisk rekonstruksjon av fordelingen av solvinden" for funksjonene til solvinden som forblir statiske.

Kompakte kilder

Den effektspektrum som er observert fra en kilde som har opplevd inter scintillasjons er avhengig av vinkelstørrelsen av kilden. Dermed kan interplanetære scintillasjonsmålinger brukes til å bestemme størrelsen på kompakte radiokilder, for eksempel aktive galaktiske kjerner .

Se også

Referanser

Bibliografi