太陽對空間天氣有何影響

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

　　據美國國家航空航天局（NASA）官網近日公布的消息，NASA確定了兩項觀測太陽活動和空間天氣的新任務，以促進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拋射等劇烈活動，給地球磁層、電離層和中高層大氣，衛星運行和安全，以及人類健康，帶來嚴重影響和危害，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，空間天氣發生在距離地面30公里以上。空間天氣涉及的物理參數與大氣天氣有很大不同。

　　在太陽系內，空間天氣主要受太陽風的風速、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等，產生深遠的影響。我們越了解驅動空間天氣及其與地球和月球系統相互作用的因素，就能越多地減輕它的危害。

　　NASA總部科學任務理事會副主任托馬斯·楚比興說：“我們精心挑選了兩項任務，不僅因為它們本身可以進行很多高級科學研究，而且因為它們將與其他太陽物理學太空探測器一起，很好地推進NASA的任務，以保護宇航員、太空技術以及地球上的生命。這些任務將做大相關科學，但它們也很特殊，因為它們‘體型很小’，這意味著我們可以將它們一起發射，并以單次發射的價格開展更多研究。”

　　 PUNCH：主要研究日冕

　　“統一日冕和日光層偏光儀”（PUNCH）任務，將直接關注太陽的外部大氣層——日冕以及它如何產生太陽風。PUNCH由4個手提箱大小的衛星組成，可以對太陽風進行成像和跟蹤。

　　該航天器還將跟蹤日冕物質拋射——大規模的太陽物質噴發，其可以驅動地球附近的大型空間天氣事件，科學家可以通過這項任務更好地了解它們的演化并開發預測此類爆發的新技術。

　　PUNCH能在濾掉太陽強光后對太陽大氣層結構進行分析，實時成像，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項目負責人、西南研究所的克雷格·德弗雷斯特說，這些任務將對太陽如何驅動太空輻射進行深入研究。包括發射成本在內，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“串聯重聯和尖點電動力學勘測衛星”（TRACERS）任務，將作為PUNCH的二級有效載荷發射。NASA科學任務理事會目前非常關注此類二級有效載荷任務，希望借此獲得更大的科學回報。

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

　　磁重聯驅動整個宇宙的能量事件，包括日冕物質拋射和太陽耀斑。它還允許來自太陽風的粒子進入近地空間，從而驅動那里的空間天氣。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。它還可以為NASA的“磁層多尺度”（Magnetospheric Multiscale）任務提供重要的背景，這一任務將收集詳細的高速觀測資料。

　　TRACERS的獨特測量將有助于保護宇航員、發展空間技術。該任務由愛荷華大學的卡耐基·科勒忒茲領導，由于相關衛星會以“搭便車”方式與PUNCH任務同時發射，因此除掉發射成本后，這項任務成本預計不超過1.15億美元。

　　據悉，這兩個任務的發射日期不遲于2022年8月。兩個項目都由NASA戈達德太空飛行中心的“探索者項目辦公室”管理。“探索者項目”是歷史最悠久的NASA連續計劃，旨在提供頻繁、低成本的太空訪問。