微衛(wèi)星以前所未有的方式觀察年輕的太陽風

科學家們知道，太陽風從太陽中流出，沖入太空，不斷用大量帶電粒子震撼地球和其他行星。

他們只是從未見過-至少不是一個無縫的，相互聯(lián)系的過程。

取而代之的是，科學家們依賴于少數(shù)幾個沒有優(yōu)化以觀察風的太陽觀測望遠鏡，來將風如何從太陽中解開的難題拼湊起來，最終擺脫恒星的磁場。這些儀器所描繪的畫面錯綜復雜，充其量只能在太陽的兩極留下明顯的盲點，因此很難確定風如何演變。

最近資助的四個微衛(wèi)星星座稱為PUNCH(用于統(tǒng)一電暈和太陽圈的極光計)，將改變這種狀況。

美國國家大氣研究中心(NCAR)高空觀測站臨時主任薩拉·吉布森(Sarah Gibson)說：“利用現(xiàn)有的儀器，我們總是必須將兩者之間的差距修補在一起。”他正在協(xié)調該特派團的科學工作。“ PUNCH填補了空白，并以完全平滑和一致的方式合并了數(shù)據。所有內容都通過設計進行匹配。”

PUNCH還可以幫助研究人員更好地了解日冕物質拋射從太陽表面噴發(fā)后的結構和軌跡，這些信息對于改善對這些太空天氣現(xiàn)象可能如何影響地球的預測至關重要。日冕物質拋射(CME)有可能危及衛(wèi)星和宇航員，并破壞無線電和GPS通信，在最壞的情況下，會引發(fā)地下電流，這些電流可能會擊落電網，但影響程度取決于其遠離地面的路徑。太陽及其磁場相對于地球自身的方向。

由西南研究所(SwRI)領導的PUNCH，于6月被美國國家航空航天局(NASA)選為小型探索者(SMEX)任務的資金來源。這些衛(wèi)星的目標發(fā)射日期是2022年，每顆衛(wèi)星一旦建造，重約100磅。

除NCAR和SwRI外，其他任務合作伙伴還包括海軍研究實驗室，盧瑟福·阿普爾頓實驗室以及橫跨多個大洲的科學團隊。

PUNCH衛(wèi)星將繪制太陽風的流向圖，可以在此處看到。為了獲得這種動畫效果，科學家們以特殊模式在現(xiàn)有NASA航天器上運行了儀器。PUNCH的觀察將更加敏感，并涵蓋更廣闊的視野。圖片來源：NASA

不斷測風

長期以來，科學家一直對太陽的日冕(或外部大氣層)與日球層(圍繞著所有行星并被太陽風滲透的氣泡)之間的過渡感到好奇。一個從哪里開始，另一端從哪里開始?

當年輕的太陽風流經日冕時，其行為仍受太陽磁場的控制。但是一旦它脫離了電暈，其行為就會改變。對現(xiàn)有望遠鏡的拼湊而成的太陽風的觀察表明，一旦風離開日冕，風會加速并變得更加湍急，使其看起來幾乎是蓬松的?，F(xiàn)在，科學家們想知道邊界的位置(稱為Alfvén區(qū))，以及觀測中的蓬松度(稱為絮凝)是由于風的實際變化還是來自不同望遠鏡的數(shù)據拼湊而成的副產品。

PUNCH旨在回答這些問題。它的四個手提箱大小的衛(wèi)星將首次連續(xù)繪制年輕太陽風從外日冕流向內日球層的流圖。

吉布森說：“由于PUNCH具有匹配的儀器，我們可以觀察一下這種轉變，并知道我們所看到的是由于儀器還是由于基本物理學。”

四個微衛(wèi)星上的儀器靈敏度是任何以前的望遠鏡的10倍，并且它們的形成(其中一顆衛(wèi)星靠近而三顆衛(wèi)星協(xié)同工作以掃出更遠的區(qū)域)將確保連續(xù)觀察。

三維視圖

PUNCH上的儀器還將觀察偏振光和非偏振光。當光從地球或太陽大氣中的粒子中散射出來時，它可能會變成偏振光。測量偏振光并將其與非偏振光進行對比，可以使科學家從三維角度觀察顆粒的密度和結構。

在嘗試確定CME的影響時，這尤其有用。吉布森說，結合從CME的極化和非極化圖像中收集的信息，可以使科學家確定其軌跡并更好地了解其結構，從而可以揭示其磁場的方向。

由于PUNCH衛(wèi)星正在從地球自身的軌道上觀測太陽，因此很難收集有關直接向地球投擲的CME的信息。但是，PUNCH觀測到的CME遠離地球的軌跡將提供獨特的信息，這些信息可以為未來的空間天氣預報方法提供依據。

UNCRI首席研究員SwRI科學家Craig DeForest說：“用偏振光拍攝天空是任務的秘密所在。” “當太陽光從電子反射回來時，它會極化。極化效應使我們能夠測量太陽風特征如何在三個維度上移動和演化，而不僅僅是二維像平面。PUNCH是第一個具有靈敏度和極化能力的任務，常規(guī)地跟蹤3-D中的太陽風特征。”