[口头报告]日地等离子体和磁场对空间引力波探测的影响

日地等离子体和磁场对空间引力波探测的影响
编号：316 稿件编号：22 访问权限：私有 更新：2023-04-08 10:16:19 浏览：183次 口头报告

报告开始：2023年05月06日 14:42 （Asia/Shanghai）

报告时间：8min

所在会议：[11] 11、空间物理与空间探测 » [11-1] 11-1 空间物理与空间探测(1)

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摘要
空间引力波探测为日球层物理提出了新的问题：日地空间环境如何影响引力波探测，其影响有多大？空间引力波探测计划用激光干涉的方法测量太空中两个自由质量块之间由引力波导致的位移变化。引力波探测对测量精度要求极高，其中，激光测距精度的要求为皮米(10E-12米)量级，描述质量块是否“自由”的加速度测量精度要求为10E-15米/秒^2量级。现有的估算表明空间环境导致的测距噪声和加速度噪声与空间引力波探测的测量精度要求相当，这说明空间环境的影响将关乎空间引力波探测的成败。一方面，激光在空间等离子体中传播时会产生时延、光程差噪声、偏振角变化、波前畸变等，影响测距精度；另一方面，空间磁场与质量块相互作用，会产生非保守力，导致加速度噪声。
在此，我们采取如下技术路线开展日地等离子体和磁场对空间引力波探测影响的研究。首先我们需要得到影响空间引力波探测的两个主要物理量的时空分布：1、等离子体数密度在激光在激光链路上的分布(导致激光测距噪声)，2、空间磁场在天琴轨道上的分布(导致的加速度噪声)。为此，我们使用1AU处的卫星距地观测作为实时输入条件，使用日地相互作用的MHD模型SWMF，得到了随时间演化的地球磁层和太阳风中的等离子体密度、磁场等参数的分布。由MHD模拟的结果，我们可以进一步得到天琴卫星激光链路上的等离子体数密度的分布，和天琴轨道上的磁场分布。然后，我们通过激光在等离子体中的传播理论和磁场与检验质量相互作用的理论，建立了空间引力波探测过程中的激光传播噪声和加速度噪声的模型，并实现了噪声计算的软件。由此，我们计算了天琴引力波探测卫星的激光测距噪声和加速度噪声。我们的结果表明，对于天琴计划，激光传播噪声在时域上的量级为1 pm左右，达到了天琴的噪声要求；但是在频域上，激光传播噪声在天琴的灵敏频段范围(1 mHz – 1 Hz)内不会超过天琴噪声要求的30%左右。此外，我们计算了和X时间延迟干涉组合(TDI)的激光传播噪声，发现在采用TDI干涉模式情况下，噪声要求可以下降到天琴要求的10%甚至更低。空间磁场导致的加速度噪声为天琴要求的10%左右。
关键字
等离子体,磁场,太阳风,引力波探测
报告人
苏威
中山大学

稿件作者
苏威 中山大学
周晨 武汉大学
王炎 华中科技大学
周泽兵 华中科技大学
陈鹏飞 南京大学
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