太阳对空间天气有何影响

NASA两项新观测任务将开展深入调查

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本报记者 刘 霞

太阳会喷发出大量高能粒子——太阳风，它可以在太空中形成一个动态辐射系统——空间天气。

据美国国家航空航天局(NASA)官网近日公布的消息，NASA确定了两项观测太阳活动和空间天气的新任务，以促进我们对太阳及其如何影响地球附近空间天气的理解。

何为空间天气

空间天气是一个全新的概念。太阳耀斑和日冕物质抛射等剧烈活动，给地球磁层、电离层和中高层大气，卫星运行和安全，以及人类健康，带来严重影响和危害，人们把这种由太阳活动引起的短时间尺度的变化，称为空间天气。

相对于地面天气而言，空间天气发生在距离地面30公里以上。空间天气涉及的物理参数与大气天气有很大不同。

在太阳系内，空间天气主要受太阳风的风速、密度以及太阳等离子体带来的行星际磁场这三方面的影响。空间天气系统可能会对人类的利益和福祉，例如宇航员的安全、无线电通信、GPS信号和地面上的公用电网等，产生深远的影响。我们越了解驱动空间天气及其与地球和月球系统相互作用的因素，就能越多地减轻它的危害。

NASA总部科学任务理事会副主任托马斯·楚比兴说：“我们精心挑选了两项任务，不仅因为它们本身可以进行很多高级科学研究，而且因为它们将与其他太阳物理学太空探测器一起，很好地推进NASA的任务，以保护宇航员、太空技术以及地球上的生命。这些任务将做大相关科学，但它们也很特殊，因为它们‘体型很小’，这意味着我们可以将它们一起发射，并以单次发射的价格开展更多研究。”

PUNCH：主要研究日冕

“统一日冕和日光层偏光仪”(PUNCH)任务，将直接关注太阳的外部大气层——日冕以及它如何产生太阳风。PUNCH由4个手提箱大小的卫星组成，可以对太阳风进行成像和跟踪。

该航天器还将跟踪日冕物质抛射——大规模的太阳物质喷发，其可以驱动地球附近的大型空间天气事件，科学家可以通过这项任务更好地了解它们的演化并开发预测此类爆发的新技术。

PUNCH能在滤掉太阳强光后对太阳大气层结构进行分析，实时成像，这些观测可为NASA的“帕克太阳探测器”(Parker Solar Probe)以及即将于2020年发射、由NASA和欧洲航天局(ESA)合作的“太阳轨道飞行器”(Solar Orbiter)提供助力。

PUNCH项目负责人、西南研究所的克雷格·德弗雷斯特说，这些任务将对太阳如何驱动太空辐射进行深入研究。包括发射成本在内，PUNCH的资金不超过1.65亿美元。

TRACERS：主要研究地球磁场与太阳磁场的相互作用

另一项“串联重联和尖点电动力学勘测卫星”(TRACERS)任务，将作为PUNCH的二级有效载荷发射。NASA科学任务理事会目前非常关注此类二级有效载荷任务，希望借此获得更大的科学回报。

TRACERS将观测地球磁场在北极附近如何与太阳磁场发生相互作用。在一种被称为磁重联(磁力线“断开”再“重新连接”)的物理过程，磁力线会发生剧烈变化，将一些粒子以近乎光速的速度抛射出去，这项任务能观测到相关粒子。

磁重联驱动整个宇宙的能量事件，包括日冕物质抛射和太阳耀斑。它还允许来自太阳风的粒子进入近地空间，从而驱动那里的空间天气。TRACERS将是第一个利用两个航天器探索这一过程、厘清这一过程如何在空间和时间上变化的任务。它还可以为NASA的“磁层多尺度”(Magnetospheric Multiscale)任务提供重要的背景，这一任务将收集详细的高速观测资料。

TRACERS的独特测量将有助于保护宇航员、发展空间技术。该任务由爱荷华大学的卡耐基·科勒忒兹领导，由于相关卫星会以“搭便车”方式与PUNCH任务同时发射，因此除掉发射成本后，这项任务成本预计不超过1.15亿美元。

据悉，这两个任务的发射日期不迟于2022年8月。两个项目都由NASA戈达德太空飞行中心的“探索者项目办公室”管理。“探索者项目”是历史最悠久的NASA连续计划，旨在提供频繁、低成本的太空访问。

(科技日报北京6月24日电)