欧空局Swarm卫星星座利用磁信号揭示地球隐藏的海洋奥秘

欧空局的 Swarm 任务利用地球海洋潮汐产生的微弱磁信号，为海底岩浆分布以及全球海洋温度和盐度的潜在变化提供了开创性的见解。这些发现是由 2013 年首次发射的长期卫星星座揭示的，它们提供了无与伦比的数据，可以改变我们对地球水下动力学及其地磁场影响的理解。

地球上的潮汐流穿过地球磁场线，在海洋中产生电流。这些电流又会诱发次级磁场，这些次级磁场构成了地球复杂磁场信号的一部分，可以从太空中探测到。欧空局的 Swarm 卫星可以测量这些微小的海洋磁场，并将它们与其他磁场（如来自地核、电离层、磁层和磁化地壳的磁场）区分开来。这些数据可用于研究海底物质的物理特性，以及进一步了解海洋的盐度和温度。图片来源：Lina Jakaitė

最近一项使用欧空局 Swarm 任务数据的研究显示，地球潮汐产生的微弱磁信号可能为了解海底岩浆的分布提供宝贵见解。这些信号也可能帮助科学家更好地了解全球海洋温度和盐度的长期变化。

Swarm 任务由三颗专门用于研究地球地磁场的卫星组成。这个保护场从地球深处延伸到太空，主要由地球外核中液态铁的运动产生。额外的磁源来自地壳内的磁化岩石。

虽然海洋通常不被认为是磁源，但咸海水充当了中等电导体。当海洋潮汐穿过地球磁场时，它们会产生微弱的电流。这些电流反过来会产生微弱的磁信号——虽然很微妙，但可以通过 Swarm 的高灵敏度仪器从太空探测到。

Swarm 是欧空局的第一个地球观测卫星星座。其使命是揭开地球最神秘的一面：磁场。图片来源：ESA–P. Carril，2013

Swarm 卫星的飞行高度在 462 公里至 511 公里之间，因此可以比以往更准确地测量地球磁场。它可以探测微弱的潮汐特征，并将其与地球内部其他较强的磁场源区分开来。

“这项研究表明，Swarm 可以提供有关整个海洋水柱特性的数据，”ESA 的 Swarm 任务经理 Anja Strømme 说道。

Swarm 的数据还可以提供有关岩浆分布的见解，这在未来可能有助于更好地理解 2022 年洪加-汤加火山喷发等事件。对这些特征的研究登上了世界上最古老的科学期刊《皇家学会 A 哲学汇刊》的封面，由科隆大学和丹麦技术大学的团队进行。

该任务于 2013 年启动，原本只打算飞行四年，但现在已经进入第 12 年。Anja 补充道：“这是飞行时间比原计划更长的好处之一。因此，只要科学产出质量优良且资源允许，你就可以解决最初没有设想的科学问题。”

然而，随着阻力逐渐使卫星在物理上更接近地球，Swarm 正慢慢接近其使用寿命的自然终点。这使得任务的仪器（卫星携带最先进的传感器，包括测量磁场强度、大小和方向的磁强计）能够捕捉到微弱的信号，而这些信号在任务开始时从更高的轨道上更难探测到。

Swarm 探测微弱海洋信号的能力也得益于 2017 年左右太阳活动较少的时期。“这些是 Swarm 任务迄今为止探测到的最小信号之一，”科隆大学的主要作者亚历山大·格雷弗 (Alexander Grayver) 说。

“这些数据特别好，因为它们是在太阳活动极小期收集的，当时太空天气的噪音较少。”

太阳 11 年太阳周期的“最小”时期是太阳表面活动最少的时期。在这个“安静”时期，太阳发射的太阳物质较少——包括电磁辐射和带电粒子——因此北极光等“太空天气”现象不太常见。由于太阳的电磁辐射较少，Swarm 的磁力仪和其他仪器更容易探测到来自地球的地磁信号。希望在 2030 年之后下一个太阳活动极小期到来时，Swarm 可能仍在飞行——尽管高度较低——并能够继续探测微弱的信号，帮助我们更多地了解海洋深处的温度和盐度。

编译自/scitechdaily