太阳系处于一个球形保护膜中？NASA三项任务联手破解其奥秘

抖音推荐 2025年09月25日 17:02 5 admin

信息来源：https://edition.cnn.com/2025/09/24/science/heliosphere-spacex-nasa-imap-launch

美国东部时间周三上午，一枚SpaceX猎鹰9号火箭从肯尼迪航天中心发射升空，搭载着三项意义重大的科学任务，旨在深入研究保护整个太阳系的神秘宇宙屏障——日光层。这项被称为"终极宇宙拼车"的联合发射，标志着人类对这个巨大保护气泡理解的新纪元即将开启。

日光层是由太阳风形成的一个巨大泡状结构，其范围达到地球与冥王星间距离的三倍。这个天然的宇宙盾牌持续保护着太阳系内的所有行星，使其免受来自银河系深处的有害宇宙辐射侵袭。除了地球自身的磁场保护外，日光层在维持地球生命存在的条件方面发挥着至关重要的作用，甚至可能解释火星等行星过去曾经拥有生命的原因。

美国宇航局

从左到右，这张图说明了美国宇航局的卡拉瑟斯地冕天文台、IMAP（星际测绘和加速探测器）和美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的太空天气跟踪拉格朗日 1 号（SWFO-L1）任务将如何以新的方式绘制太阳对太阳系的影响。

此次发射的三项任务分别是NASA的星际测绘和加速探测器、卡拉瑟斯地冕天文台，以及美国国家海洋和大气管理局的太空天气跟踪拉格朗日1号任务。这些精密仪器将协同工作，以前所未有的精度绘制日光层边界，监测太空天气变化，并为保护地球上的技术基础设施和太空中的宇航员提供关键预警。

突破性的日光层研究技术

星际测绘和加速探测器任务代表了日光层研究领域的重大技术跃进。该航天器配备了10台先进科学仪器，能够以比现有设备高30倍的分辨率对日光层边界进行成像。这种技术突破将填补现有日光层地图中的重要空白，这些地图此前只能通过拼凑不同任务收集的零散数据来构建。

埃德·惠特曼/美国宇航局/约翰·霍普金斯大学 APL/普林斯顿

这张图片显示了 NASA 的 IMAP 任务于 3 月份被装载到 NASA 马歇尔太空飞行中心位于阿拉巴马州亨茨维尔的 X 射线和低温设施的热真空室中。

该任务的核心在于测量高能中性原子，这些不带电的粒子在高能带电离子与缓慢移动的中性原子碰撞时形成。由于这些粒子不受磁场影响而沿直线运动，星际测绘和加速探测器能够在地球附近收集这些粒子，并追踪其起源，从而揭示日光层边界的详细结构。

普林斯顿大学天体物理学家、任务首席研究员戴维·麦科马斯解释道："该任务将制作出极其详细的图片，展现相互作用区域随时间的演变过程。我们将能够了解这种屏蔽是什么、如何工作以及它的具体形态。"

航天器将在约三个月内到达距离地球160万公里的轨道位置，从那里实时观测太阳风，测量从太阳传播的粒子，并研究距离地球97亿至145亿公里外的日光层边界区域。这种多层次的观测能力将为科学家提供关于太阳如何形成太阳风，以及太阳风如何与星际空间相互作用的全新认识。

太空天气预警系统的完善

美国宇航局/喷气推进实验室-加州理工学院

这张图显示了旅行者 1 号和旅行者 2 号探测器相对于日光层的位置，日光层是由太阳产生的保护气泡，远远超出冥王星的轨道。

此次联合发射的另外两项任务专门针对太空天气监测和预警。卡拉瑟斯地冕天文台以开发首个月球紫外线相机的乔治·卡拉瑟斯博士命名，将专注于观测地球最外层大气层——外逸层。这颗小型卫星将捕捉该区域微弱紫外线发射的图像，帮助科学家了解外逸层的形状、大小和密度变化。

外逸层标志着地球与太空之间的过渡边界，太空天气事件到达地球后首先影响这一区域。通过监测外逸层的变化，科学家能够更好地理解太空天气对地球环境的影响机制，为保护地球上的技术系统提供重要信息。

太空天气跟踪拉格朗日1号任务则承担着更为直接的保护任务。该卫星配备紧凑型日冕望远镜，能够监测太阳活动并测量太阳风强度，为美国国家海洋和大气管理局的空间天气预报中心提供连续数据流。与现有的观测系统相比，这颗卫星能够在30分钟内将太阳风暴图像传送到预报中心，而目前运行的太阳和日光层天文台等任务可能需要长达8小时的传输时间。

美国国家海洋和大气管理局空间天气预报中心主任克林顿·华莱士强调了这项任务的重要性："太空天气跟踪拉格朗日1号的基础数据是我们保持灯光明亮、飞机飞行和卫星安全运行的生命线，确保美国为太阳发送给我们的各种挑战做好准备。"

历史传承与未来展望

SpaceX/美国宇航局

9 月 22 日太阳升起时，一枚配备 NASA IMAP、卡拉瑟斯地电晕天文台和 NOAA 的 SWFO-L1 航天器的 SpaceX 猎鹰 9 号火箭垂直矗立在佛罗里达州肯尼迪航天中心的 39A 发射场。

日光层的概念最初由1950年代末期研究宇宙射线和太阳风的科学家们提出。1962年，水手2号任务在飞越金星时首次测量到太阳风的存在，证实了这一理论预测。此后，先锋10号和11号任务以及著名的旅行者探测器为日光层研究提供了关键数据。

旅行者1号和2号分别于2012年和2018年穿越日光层边界，成为人类历史上仅有的两艘进入星际空间的航天器。这些探测器提供的珍贵数据帮助科学家确认了日光层的彗星状外形，并为新一代任务的设计提供了重要参考。

自2008年发射以来，星际边界探测器卫星一直在绘制日光层地图，但新的星际测绘和加速探测器任务将以前所未有的精度和速度推进这项工作。这种技术进步对于理解不仅是我们太阳系的保护机制，也包括其他恒星系统周围类似结构具有重要意义。

G. Carruthers （NRL）等人/远紫外相机/NASA

地球外层大气层地球日冕的第一张图像，取自乔治·卡拉瑟斯设计和制造的望远镜。

当强烈的太阳风暴直击地球时，产生的太空天气现象会对国际空间站上的宇航员构成辐射威胁，并可能干扰地球上的通信系统、电网、导航设备以及卫星运作。随着人类太空探索活动的不断扩展，特别是即将实施的阿尔忒弥斯绕月任务，准确预测太空天气的能力变得愈加重要。

美国宇航局太阳物理学部主任乔·韦斯特莱克指出："这组任务将提供对太空天气前所未有的洞察。地球上的每个人，以及几乎所有参与太空探索和满足人类需求的系统，都会受到太空天气的影响。"

麦科马斯补充说，我们的太阳系并非唯一拥有日光层结构的星系，天文学家已在其他恒星周围发现了类似的明亮天体球结构。这些发现为理解星际空间中恒星与周围环境的相互作用提供了更广阔的视角。

这三项任务的成功发射标志着人类对宇宙环境理解进入了新阶段。通过深入研究保护我们太阳系的这个神秘屏障，科学家们不仅能够更好地保护地球上的生命和技术，还将为未来的深空探索任务奠定坚实的科学基础。

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