嫦娥三号中秋节前再添新成果
每次我打开微信，我的心都会被震撼。一个孩子站在月球上，远远地凝视着我们的地球母亲(地球照片应该是阿波罗17号拍摄的)。这不就是嫦娥三号上的极端紫外线相机吗？
嫦娥三号
嫦娥工程，即中国的月球和深空探测工程，是中国航天史上具有里程碑意义的世纪工程。嫦娥三号探测器是嫦娥二期工程的重要组成部分。嫦娥三号于北京时间2013年12月2日凌晨在四川省凉山彝族自治州西昌卫星发射中心发射。经过多次变轨后，于2013年12月14日晚在岳彪洪湾附近成功实现软着陆。具体的登月坐标是(北纬44.12度，西经19.51度)。现在该遗址已被正式命名为“广寒宫”。嫦娥三号探测器作为一个综合性的科学部件，配备了多种科学探测仪器。其中，极紫外照相机是在月球上回顾地球母亲的科学武器。
极紫外相机的工作原理
现在，单反数码相机已经在成千上万的家庭中广泛使用，小型相机是智能手机的标准配置，几乎每只手都有一个相机，可以边走边拍。我们的极紫外照相机本质上也是一个小型照相机，它可以在极紫外波段，或者更准确地说在30.4纳米波段附近拍摄地球等离子体层。然而，与普通相机不同，我们的极紫外相机的图像传感器不是普通相机的电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体，而是微通道板(MCP)微通道板，它与户外旅行者经常使用的微光成像设备有些相似，因为等离子体层散射的极紫外辐射太弱。此外，为了实现更小的体积(空间设备的限制)和更大的视场(因为地球的等离子体层具有地球半径的几倍的空间尺度)，极紫外相机采用球面反射镜的光学设计。根据发射前的标定试验，其视场可达14.7°，角分辨率可达0.08°。
什么是等离子体层？
等离子体层是地球磁气圈中的一个环形区域，通常认为它充满了相对较低温度和密度的离子，包括氢离子(80%)、氦离子(10-20%)、氧离子(10%)。这种环形结构有点像我们通常吃的“甜甜圈”。如果从顶部看，它几乎是环形的，而如果从侧面看，它几乎是一个双蛋结构。人们普遍认为等离子体层是地球电离层在较高海拔的延续。
在20世纪60年代之前，人们普遍认为在电离层之外，等离子体的密度会迅速下降。然而，随着对哨声波的观察，人们逐渐意识到电离层上方有一层相对致密的等离子体层。此后，对等离子体层的研究逐渐兴起。然而，自20世纪60年代以来，该研究往往采取局部检测研究。虽然已经获得了大量关于等离子体层的定量信息，但是仍然没有对它的全面了解。随着光学技术的发展，等离子体层成像解决了这个问题。美国磁层顶-极光全球探索者卫星上的极紫外成像仪首次从俯视图对地球等离子层进行成像，并从图像中发现了许多新结构。这个“甜甜圈”不仅是一个圆环结构，而且还有许多细微的结构特征，如羽毛、凹槽、肩部、手指、通道和齿轮状结构。此外，当地磁场变化时，甜甜圈会呈现各种形状。当磁暴发生时，甜甜圈很快被咬到并在背向太阳的一侧丢失，但是当地磁场恢复正常水平后，甜甜圈丢失的部分被下面的电离层慢慢填充成原来完整的样子。当地磁场发生变化时，这个油炸圈饼工作室不断重复进食和修补的工作。然而，极紫外成像仪只能从上面成像。我们还需要从侧面观察它，看看除了吃东西和吃东西之外，是否还有其他现象。后来，日本的月亮女神号发射升空，它自己的极紫外望远镜从侧面拍摄到了地球的等离子层。不幸的是，相机被严重损坏，成像质量受到很大影响，因为它在发射过程中造成巨大影响。
嫦娥三号极紫外相机的等离子体层图像
由于嫦娥三号成功地软着陆在月球表面，随着月球自转，极紫外相机观察到地球等离子体层的侧视方向。分辨率约为地球半径的0.1倍，时间采样率约为10分钟。自2013年12月25日以来，积累了大量等离子体层侧的观测数据。月球探测工程地面应用系统负责获取和发布极紫外相机的数据。经过大量的讨论和准备工作，嫦娥三号极紫外相机科学小组对科学数据进行了初步分析，数据质量得到了国际同行的认可。
除了显示等离子体层应该存在的双卵结构外，我们还利用磁层亚暴期间的数据在等离子体层中发现了三个明显的凸起结构，这相当于圆环在某些部分变胖。这种凸起结构分别穿过地球的午夜位置，与三个磁层亚暴的出现时间一致。与磁暴引起的等离子体层蚀刻不同，起源于地球夜晚一侧的磁层亚暴将导致其局部电位在午夜区域迅速扩展。经过动态全球核心等离子体层模型模拟，嫦娥三号极紫外相机的观测现象也得到再现。因此，嫦娥三号的观测结果改变了以前认为地磁活动只造成地球等离子体层腐蚀的观点。换句话说，油炸圈饼不仅在地磁活动中被咬掉很多，而且在某些地方变得更胖。这一重要的科学成就发表在最新一期的《科学报告》在线版上。
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