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实验室模拟木星极光起源研究获突破

来源:中国科学报 叶满山 访问:474 时间:2023-06-08

近日,中国科学院近代物理研究所(以下简称近物所)原子物理中心科研人员与复旦大学合作,利用高电荷态六价的氧离子与氢气、氦相互作用,开展电荷交换量子态选择测量,模拟木星极光起源研究获得新进展。相关成果发表于《天体物理杂志》。

近年来,天文学界认为,电荷交换是宇宙软X射线背景及极紫外光谱的重要机制之一,而高精度电荷交换原子数据对准确的天文建模非常关键。木星大气X射线和极紫外光谱是目前天文学家关注的焦点。在其卫星木卫一上,火山岩浆喷射的氧、硫等高电荷态离子到达木星两极,在木星磁层作用下产生了极光。但早期研究只有理论计算数据可应用于对木星大气光谱的建模,结果存在较大不确定性,从而导致对木星极光起源的机理认识存在偏差。

“解决这些问题的关键是要在实验室开展高精度测量和模拟研究,这是当前原子物理和天文物理的新兴交叉领域。虽然欧美等国家在这方面的研究起步早,但是大部分工作还是基于理论计算,我们研发的实验装置可谓恰逢其时,走在了国际研究的前列。”近物所研究员张瑞田告诉《中国科学报》。

团队成员、近物所研究员张少锋表示,团队采用自主研发的高分辨“动量成像”装置,通过测量离子的飞行时间和位置,重建电荷交换产物的量子态能级,是原子物理领域近30年发展出的一项全新技术,使分辨能力达到国际领先水平。

“通过这次实验测量,我们还发现了相当的双激发态贡献,在早期的实验研究中鲜有报道。这些双激发态辐射处于极紫外光谱波段且范围较窄,为未来木星极紫外光谱的测量和建模提供了指引。”近物所副研究员高永补充说。

他表示,实验室研究离子与原子分子的碰撞反应,不仅为我们认识各种天体环境的物理化学性质、空间天气、获得关键原子参数提供了理想平台,对认识宇宙早期从简单分子到与生命起源相关复杂有机分子的演化也具有重要价值。

相关论文信息:https://doi.org/10.3847/1538-4365/accba2

(原载于《中国科学报》 2023-06-08 第3版 综合)
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