地球磁场是用人造导星在90千米高度测量的！
地球磁场是用人造导星在90千米高度测量的！Original
博科园
天文物理
今天
位于地球表面85至100公里高度的中间层含有一层原子钠。天文学家利用激光束在这一层创建人造导星，或激光引导星(LGS)，以提高天文观测的质量。2011年研究人员提出，人工引导星也可以用来测量地球中间层的磁场。一个国际科学家小组最近成功地做到了这一点。这项技术还可以帮助确定固体地球岩石圈中的磁性结构，监测太空天气，测量大气层中电离层的电流。在过去的20年里天文学家一直在使用激光来制造人造导星。激光束从地面定向到大气层。在钠层，它撞击钠原子，钠原子吸收激光的能量，然后开始发光。原子向四面八方发出光。这种人造导星肉眼几乎看不见，但可以用望远镜观察到。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/OOCfia0dzt0UgSgLicqAzsaK9dZxNw3xiabM9AUkLhlPa7OuXGdY6bClUibhIR0NYlicY6CDy0dmW5PibBnHk2ZAlP5A/640?wx_fmt=jpeg博科园-科学科普：为了完成博士论文的工作，这位出生于智利的物理学家花费了四年的时间来完成这个项目，除了JGU之外，还有欧洲南方天文台(ESO)、美国加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)和罗切斯特科学研究所(Rochester Scientific)、意大利国家天体物理研究所(INAF-OAR)以及加拿大温哥华的英属哥伦比亚大学(University of British Columbia)。
人造导星帮助天文学家纠正在大气层中传播的光线的扭曲现象。人造导星发出的光由望远镜收集在地面上，信息被用来实时调整最先进的可变形的镜子，补偿失真，并允许天文物体被清晰地成像，直到望远镜的光学分辨率，也就是所谓的衍射极限。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/OOCfia0dzt0UgSgLicqAzsaK9dZxNw3xiabofjds4CGVIdGFCVRTE27kcm3rDlJK0MncHpLFiaKpI7FNVHzeL61jGQ/640?wx_fmt=jpeg在拉帕尔马的实验:激光束(黄色)在中间层产生一颗人造导星，这种光线是在接收望远镜(前左)中收集的，激光源和接收望远镜相距8米。图片：Felipe Pedreros Bustos
钠原子的进动揭示了磁场的强度：这个合作项目的参与者使用激光引导恒星来测量地球磁场。一个致力于研究和开发的ESO LGS小组被安置在洛杉矶帕尔玛的洛克·德洛斯克罗斯天文台，那里是最西边的加那利群岛。LGS单元的可用性和使用允许执行所报告的联合实验，这也旨在提高激光制导太阳的亮度。从天文台的角度，一束激光束直接指向钠层，这一层使原子的旋转点与原子的旋转方向一致。由于周围磁场的影响，极化的原子自旋围绕着磁场的方向旋转，类似于一个从垂直方向倾斜的陀螺仪的运动，这种现象被称为拉莫尔进动。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/OOCfia0dzt0UgSgLicqAzsaK9dZxNw3xiabe1EPiaQSdOfwS0ZZY6NhBrFXRSHlJLYHBpPZlzGUrk3ETPpl3JmROkg/640?wx_fmt=jpeg位于洛杉矶帕尔玛岛2400米高的死火山的边缘，发现了一处已灭绝的火山的边缘，提供了充分的条件来完成实验。图片：Felipe Pedreros Bustos
当激光器的调制频率与钠的进动频率一致时，导星就会变得更亮。由于拉莫尔频率与磁场强度成正比，可以用这种方法来测量钠层中的地球磁场，探测方案与频闪镜相似。因此该小组成功地使用了一种经过深入研究的、基础的实验室技术来观察自然世界。它填补了我们对地球磁场知识的空白，它允许我们对中间层进行地面观测，而这在以前是很难达到的。到目前为止，磁场只能在地面上直接测量，从飞机，到平流层的气球，或者从卫星。2018年5月美国一个研究小组发表了类似的发现。
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然而这些最新的测量结果要精确得多，科学家们希望通过使用高能激光器来进一步改进它们。还可以利用这项技术来估计大气中的原子过程，例如钠与其他原子(如氧或氮)碰撞的频率，这是前所未有的。这种人工导星测量技术在地球物理学中尤其有用，它将使确定由太阳风引起的地球电离层磁场变化成为可能。此外，在上地幔上的洋流和大型磁体的观测可以通过连续监测地球磁场在85到100公里的高度进行连续监测是可行的。
博科园-科学科普｜参考期刊文献:《美国国家科学院院刊》研究/来自：美茵茨大学DOI: 10.1073/pnas.1013641108
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