何為空間天氣？

太陽會噴發(fā)出大量高能粒子——太陽風(fēng)，它可以在太空中形成一個動態(tài)輻射系統(tǒng)——空間天氣。

據(jù)美國國家航空航天局(NASA)官網(wǎng)近日公布的消息，NASA確定了兩項(xiàng)觀測太陽活動和空間天氣的新任務(wù)，以促進(jìn)我們對太陽及其如何影響地球附近空間天氣的理解。

何為空間天氣

空間天氣是一個全新的概念。太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射等劇烈活動，給地球磁層、電離層和中高層大氣，衛(wèi)星運(yùn)行和安全，以及人類健康，帶來嚴(yán)重影響和危害，人們把這種由太陽活動引起的短時間尺度的變化，稱為空間天氣。

相對于地面天氣而言，空間天氣發(fā)生在距離地面30公里以上。空間天氣涉及的物理參數(shù)與大氣天氣有很大不同。

在太陽系內(nèi)，空間天氣主要受太陽風(fēng)的風(fēng)速、密度以及太陽等離子體帶來的行星際磁場這三方面的影響。空間天氣系統(tǒng)可能會對人類的利益和福祉，例如宇航員的安全、無線電通信、GPS信號和地面上的公用電網(wǎng)等，產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。我們越了解驅(qū)動空間天氣及其與地球和月球系統(tǒng)相互作用的因素，就能越多地減輕它的危害。

NASA總部科學(xué)任務(wù)理事會副主任托馬斯·楚比興說：“我們精心挑選了兩項(xiàng)任務(wù)，不僅因?yàn)樗鼈儽旧砜梢赃M(jìn)行很多高級科學(xué)研究，而且因?yàn)樗鼈儗⑴c其他太陽物理學(xué)太空探測器一起，很好地推進(jìn)NASA的任務(wù)，以保護(hù)宇航員、太空技術(shù)以及地球上的生命。這些任務(wù)將做大相關(guān)科學(xué)，但它們也很特殊，因?yàn)樗鼈?lsquo;體型很小’，這意味著我們可以將它們一起發(fā)射，并以單次發(fā)射的價格開展更多研究。”

PUNCH：主要研究日冕

“統(tǒng)一日冕和日光層偏光儀”(PUNCH)任務(wù)，將直接關(guān)注太陽的外部大氣層——日冕以及它如何產(chǎn)生太陽風(fēng)。PUNCH由4個手提箱大小的衛(wèi)星組成，可以對太陽風(fēng)進(jìn)行成像和跟蹤。

該航天器還將跟蹤日冕物質(zhì)拋射——大規(guī)模的太陽物質(zhì)噴發(fā)，其可以驅(qū)動地球附近的大型空間天氣事件，科學(xué)家可以通過這項(xiàng)任務(wù)更好地了解它們的演化并開發(fā)預(yù)測此類爆發(fā)的新技術(shù)。

PUNCH能在濾掉太陽強(qiáng)光后對太陽大氣層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，實(shí)時成像，這些觀測可為NASA的“帕克太陽探測器”(Parker Solar Probe)以及即將于2020年發(fā)射、由NASA和歐洲航天局(ESA)合作的“太陽軌道飛行器”(Solar Orbiter)提供助力。

PUNCH項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、西南研究所的克雷格·德弗雷斯特說，這些任務(wù)將對太陽如何驅(qū)動太空輻射進(jìn)行深入研究。包括發(fā)射成本在內(nèi)，PUNCH的資金不超過1.65億美元。

TRACERS：主要研究地球磁場與太陽磁場的相互作用

另一項(xiàng)“串聯(lián)重聯(lián)和尖點(diǎn)電動力學(xué)勘測衛(wèi)星”(TRACERS)任務(wù)，將作為PUNCH的二級有效載荷發(fā)射。NASA科學(xué)任務(wù)理事會目前非常關(guān)注此類二級有效載荷任務(wù)，希望借此獲得更大的科學(xué)回報(bào)。

TRACERS將觀測地球磁場在北極附近如何與太陽磁場發(fā)生相互作用。在一種被稱為磁重聯(lián)(磁力線“斷開”再“重新連接”)的物理過程，磁力線會發(fā)生劇烈變化，將一些粒子以近乎光速的速度拋射出去，這項(xiàng)任務(wù)能觀測到相關(guān)粒子。

磁重聯(lián)驅(qū)動整個宇宙的能量事件，包括日冕物質(zhì)拋射和太陽耀斑。它還允許來自太陽風(fēng)的粒子進(jìn)入近地空間，從而驅(qū)動那里的空間天氣。TRACERS將是第一個利用兩個航天器探索這一過程、厘清這一過程如何在空間和時間上變化的任務(wù)。它還可以為NASA的“磁層多尺度”(Magnetospheric Multiscale)任務(wù)提供重要的背景，這一任務(wù)將收集詳細(xì)的高速觀測資料。

TRACERS的獨(dú)特測量將有助于保護(hù)宇航員、發(fā)展空間技術(shù)。該任務(wù)由愛荷華大學(xué)的卡耐基·科勒忒茲領(lǐng)導(dǎo)，由于相關(guān)衛(wèi)星會以“搭便車”方式與PUNCH任務(wù)同時發(fā)射，因此除掉發(fā)射成本后，這項(xiàng)任務(wù)成本預(yù)計(jì)不超過1.15億美元。

據(jù)悉，這兩個任務(wù)的發(fā)射日期不遲于2022年8月。兩個項(xiàng)目都由NASA戈達(dá)德太空飛行中心的“探索者項(xiàng)目辦公室”管理。“探索者項(xiàng)目”是歷史最悠久的NASA連續(xù)計(jì)劃，旨在提供頻繁、低成本的太空訪問。(記者 劉 霞)

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