新知丨“微笑”将开启探索空间天气的新征程
2019/3/25 17:00:00 中科院之声

     地球是人类共同的家园，生命的摇篮。20世纪50年代，人类走出地球探索太空，最初的太空发现之一就是地球大气之外的地磁圈。地磁圈如同一把雨伞， 阻挡了太阳喷射的高速粒子(称为“太阳风”)。如果没有这把保护伞，地球将和火星一样，大气被太阳风吹走，液态水无法保存。

     当太阳剧烈活动时，来自太阳风的巨大能量和物质会穿过地磁保护伞在地磁圈内释放，引起各种能量剧烈爆发，导致空间环境发生灾害性变化的现象，叫做“空间天气”。与传统意义上的“天气”不同，空间天气发生在距离地面几十公里以上，当太阳风高速粒子向地球发起冲击时，通常会危及宇航员的生命和太空科技设施。强烈的太阳风与地磁圈发生撞击，除产生绚丽多彩的极光外，也会引起地磁暴、电离层扰动和地面感应电流，导致无线电通讯、卫星运行、导航系统和地面电网等瘫痪。

     1859年9月的卡灵顿事件，摧毁了横穿美国的电报线路，在全球引发了极光；1989年3月，加拿大魁北克省整个配电网故障；2003年10月，多颗卫星失灵，造成全世界通和电网中断；… …

     随着现代社会越来越依赖高科技设施，理解和掌握空间天气越来越成为人类的紧迫需求。人类进入太空时代已有半个多世纪，但空间天气过程仍然是难解之谜。不过，这一现状将迎来改变。根据科学家的提议，中国科学院与欧洲空间局联合推出“微笑”卫星计划——太阳风-磁层相互作用全景成像卫星计划(Solar Wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer. SMILE)。

    

     SMILE LOGO

     “微笑”卫星的工作轨道为大倾角、大椭圆轨道(近地点高度约5000千米，远地点高度约19RE，地球半径RE = 6370千米)。为实现其科学目标，卫星配置了四台有效载荷：软X射线成像仪(Soft X-ray Imager. SXI)、紫外极光成像仪(Ultra-Violet Imager. UVI)、低能离子分析仪(Light Ion Analyzer. LIA)及磁强计(Magnetometer. MAG)。软X射线成像仪主要提供向阳侧磁层顶的X射线成像图；紫外极光成像仪给出全球极光分布图；软X射线成像仪和紫外极光成像仪相互配合，实现太阳风-磁层相互作用的全景成像；低能离子分析仪和磁强计则是对上游太阳风或磁鞘等离子体以及磁场进行实时的原位探测，测量驱动源头。

    

     SMILE卫星概念图(图片来源：欧洲空间局网站)

     “微笑”卫星是首次利用软X射线“照相”对太阳风和地磁圈之间的相互作用进行连续的全球成像，并结合卫星实地探测研究太阳风能量和物质如何进入地磁保护伞，引发空间天气。这将给日地空间物理学研究带来一场革新，并在预测及减轻空间灾害性天气方面具有引领作用。

    

     SMILE卫星概念图2(图片来源：欧洲空间局网站)

     目前，“微笑”卫星的研制工作正在扎实有序的开展，预计于2023年在法国库鲁航天发射场发射。自2016年卫星开始研制以来，已吸引来自全球几十个国家(包括中国、 英国、加拿大、法国、西班牙、美国、俄罗斯、奥地利、… …)的科学家参与该卫星的研究，科学家正在进行国际全面深度协作。“微笑”卫星不仅为空间科学的合作树立了新典范，也为我国空间大国转向空间强国起示范和先驱作用。

     来源：中国科学院国家空间科学中心

    

    

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