微衛(wèi)星以前所未有的方式觀察年輕的太陽(yáng)風(fēng)

科學(xué)家們知道，太陽(yáng)風(fēng)從太陽(yáng)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(jiàn)過(guò)-至少不是一個(gè)無(wú)縫的，相互聯(lián)系的過(guò)程。

取而代之的是，科學(xué)家們依賴于少數(shù)幾個(gè)沒(méi)有優(yōu)化以觀察風(fēng)的太陽(yáng)觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡，來(lái)將風(fēng)如何從太陽(yáng)中解開(kāi)的難題拼湊起來(lái)，最終擺脫恒星的磁場(chǎng)。這些儀器所描繪的畫(huà)面錯(cuò)綜復(fù)雜，充其量只能在太陽(yáng)的兩極留下明顯的盲點(diǎn)，因此很難確定風(fēng)如何演變。

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

美國(guó)國(guó)家大氣研究中心(NCAR)高空觀測(cè)站臨時(shí)主任薩拉·吉布森(Sarah Gibson)說(shuō)：“利用現(xiàn)有的儀器，我們總是必須將兩者之間的差距修補(bǔ)在一起。”他正在協(xié)調(diào)該特派團(tuán)的科學(xué)工作。“ PUNCH填補(bǔ)了空白，并以完全平滑和一致的方式合并了數(shù)據(jù)。所有內(nèi)容都通過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)行匹配。”

PUNCH還可以幫助研究人員更好地了解日冕物質(zhì)拋射從太陽(yáng)表面噴發(fā)后的結(jié)構(gòu)和軌跡，這些信息對(duì)于改善對(duì)這些太空天氣現(xiàn)象可能如何影響地球的預(yù)測(cè)至關(guān)重要。日冕物質(zhì)拋射(CME)有可能危及衛(wèi)星和宇航員，并破壞無(wú)線電和GPS通信，在最壞的情況下，會(huì)引發(fā)地下電流，這些電流可能會(huì)擊落電網(wǎng)，但影響程度取決于其遠(yuǎn)離地面的路徑。太陽(yáng)及其磁場(chǎng)相對(duì)于地球自身的方向。

由西南研究所(SwRI)領(lǐng)導(dǎo)的PUNCH，于6月被美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)選為小型探索者(SMEX)任務(wù)的資金來(lái)源。這些衛(wèi)星的目標(biāo)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(wù)合作伙伴還包括海軍研究實(shí)驗(yàn)室，盧瑟福·阿普爾頓實(shí)驗(yàn)室以及橫跨多個(gè)大洲的科學(xué)團(tuán)隊(duì)。

PUNCH衛(wèi)星將繪制太陽(yáng)風(fēng)的流向圖，可以在此處看到。為了獲得這種動(dòng)畫(huà)效果，科學(xué)家們以特殊模式在現(xiàn)有NASA航天器上運(yùn)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(lái)源：NASA

不斷測(cè)風(fēng)

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家一直對(duì)太陽(yáng)的日冕(或外部大氣層)與日球?qū)?圍繞著所有行星并被太陽(yáng)風(fēng)滲透的氣泡)之間的過(guò)渡感到好奇。一個(gè)從哪里開(kāi)始，另一端從哪里開(kāi)始?

當(dāng)年輕的太陽(yáng)風(fēng)流經(jīng)日冕時(shí)，其行為仍受太陽(yáng)磁場(chǎng)的控制。但是一旦它脫離了電暈，其行為就會(huì)改變。對(duì)現(xiàn)有望遠(yuǎn)鏡的拼湊而成的太陽(yáng)風(fēng)的觀察表明，一旦風(fēng)離開(kāi)日冕，風(fēng)會(huì)加速并變得更加湍急，使其看起來(lái)幾乎是蓬松的?，F(xiàn)在，科學(xué)家們想知道邊界的位置(稱為Alfvén區(qū))，以及觀測(cè)中的蓬松度(稱為絮凝)是由于風(fēng)的實(shí)際變化還是來(lái)自不同望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)拼湊而成的副產(chǎn)品。

PUNCH旨在回答這些問(wèn)題。它的四個(gè)手提箱大小的衛(wèi)星將首次連續(xù)繪制年輕太陽(yáng)風(fēng)從外日冕流向內(nèi)日球?qū)拥牧鲌D。

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

四個(gè)微衛(wèi)星上的儀器靈敏度是任何以前的望遠(yuǎn)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(yuǎn)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(dāng)光從地球或太陽(yáng)大氣中的粒子中散射出來(lái)時(shí)，它可能會(huì)變成偏振光。測(cè)量偏振光并將其與非偏振光進(jìn)行對(duì)比，可以使科學(xué)家從三維角度觀察顆粒的密度和結(jié)構(gòu)。

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

由于PUNCH衛(wèi)星正在從地球自身的軌道上觀測(cè)太陽(yáng)，因此很難收集有關(guān)直接向地球投擲的CME的信息。但是，PUNCH觀測(cè)到的CME遠(yuǎn)離地球的軌跡將提供獨(dú)特的信息，這些信息可以為未來(lái)的空間天氣預(yù)報(bào)方法提供依據(jù)。

UNCRI首席研究員SwRI科學(xué)家Craig DeForest說(shuō)：“用偏振光拍攝天空是任務(wù)的秘密所在。” “當(dāng)太陽(yáng)光從電子反射回來(lái)時(shí)，它會(huì)極化。極化效應(yīng)使我們能夠測(cè)量太陽(yáng)風(fēng)特征如何在三個(gè)維度上移動(dòng)和演化，而不僅僅是二維像平面。PUNCH是第一個(gè)具有靈敏度和極化能力的任務(wù)，常規(guī)地跟蹤3-D中的太陽(yáng)風(fēng)特征。”