美国宇航局2月27日将启动PUNCH任务

太阳虽然光彩夺目，但背后却隐藏着一层神秘的面纱。例如，它的外层大气日冕似乎比其表面更热——热得多——科学家们也不确定其中的原因。还有一个大谜团，即太阳风（从太阳发出的一股带电粒子流）在穿越太空时是如何加速的。究竟是什么驱动了这些粒子？ NASA很快将着手解决另一个与日冕和太阳风有关的太阳难题。

该机构想要知道一个粒子是如何变成另一个粒子的，并了解这种联系最终如何形成我们所居住的太阳风室，即日光层。

2 月 27 日，NASA 计划利用SpaceX猎鹰 9 号火箭将用于研究太阳的 PUNCH 任务发射至低地球轨道。它将与该机构的SPHEREx天文台一起发射，后者有点像詹姆斯·韦伯太空望远镜的广角版本，这是该机构发射服务计划的一部分，旨在提高太空任务的成本效益。

2 月 4 日，美国西南研究所 PUNCH 首席研究员克雷格·德福雷斯特对记者说：“PUNCH 是第一个专门为统一太阳物理学中的两个主要领域：太阳物理学和太阳风物理学而设计的任务。”

PUNCH 是用于统一日冕和日光层的偏振仪的缩写，它由四颗小型卫星组成，它们将协同工作，专门对内日光层进行 3D 观测。“日光层”是指围绕太阳的一个区域（类似于气泡）。这个区域实际上包裹了我们的整个太阳系，是由从太阳流出的太阳风粒子最终压入星际介质而形成的。这在太阳风主导的空间部分和宇宙的其余部分之间形成了一道屏障，使我们的宇宙邻居处于这种太阳风室中。

美国宇航局总部太阳物理部门主任乔·韦斯特莱克在电话中告诉记者：“我们的日球层是一个巨型物体，距离太阳很远，而 PUNCH 将连接距离太阳最近的一端和最远的一端。”

但是，科学家们真正希望发现的是日冕如何变成日光层。“PUNCH 将成为一个真正伟大的统一体，”美国宇航局马里兰州戈达德太空飞行中心的 PUNCH 任务科学家 Nicholeen Viall在电话中说。

这可能会产生深远的影响，最令人着迷的是，这与我们如何准确预测同时为我们带来华丽极光和电网威胁的苦乐参半的太空天气事件有关。

PUNCH 的工作原理

PUNCH 的运行方式有几个关键方面。首先，如前所述，它不是单艘航天器，而是由四艘航天器组成的星座，将驻扎在低地球轨道的不同区域。这四艘航天器驻扎的原因非常有趣，事实上，这在太空探索中并非闻所未闻的概念。

“我们必须拥有两种仪器，”德福雷斯特说，“一种用于观测靠近太阳的地方，那里的太阳很明亮；另一种用于观测距离太阳较远的地方，那里的太阳较暗淡——但是观测较远地方的仪器有一个问题：有一颗行星挡住了路，那就是地球。 ”

然而，有一个解决方案。

“我们必须把仪器制造得离地球很远，但成本太高，”德福雷斯特说，“或者，我们需要把它做得和地球一样大。”

该团队选择了后者。但显然，用我们现有的技术制造地球大小的航天器并不容易——甚至不可能？所以，科学家们选择了次优方案。“我们所要做的就是把它分成三部分，然后安装在三艘不同的航天器上，”德福雷斯特说。“这就是我们拥有三台广角成像仪的原因。”

这一概念与事件视界望远镜(EHT) 团队拍摄人类有史以来第一张（也是第二张）黑洞图像的方式类似。为了实现这一壮举，EHT 研究人员意识到他们需要一台与地球一样大的望远镜——因此，他们将一堆望远镜分散在地球的不同部分，然后将所有数据拼接在一起。

至于 PUNCH 的最后一部分——卫星群的第四颗成员——德福雷斯特解释说，它是由华盛顿特区海军研究实验室建造的一台窄视场成像仪。这台成像仪的工作原理与其他三台不同；它需要一台摄像机，该摄像机的位置可以看见人造日全食。回想一下2024 年自然日全食的样子：一个精致的白色光晕围绕着一个黑圈。白色光晕是太阳的日冕，黑圈是月球的轮廓。这是同一个概念。

“PUNCH 将观测到日全食；看到日冕；看到它向外延伸，但它比日食更精彩——因为你不仅能在月亮遮挡太阳主体的几分钟内看到日冕，还能看到日冕，而且因为 PUNCH 制造了人工日食，我们可以全程观测，并且能以高清分辨率观测，”维亚尔说。

“如果你想象在真实的天空中看到日食，PUNCH 能看到的范围从头顶一直延伸到地平线，”她补充道。“那是太阳系的巨大体积。”

但这只是故事的一半。PUNCH 的第二个重要特点是，它是一种利用光的偏振特性的偏振仪。

“偏振仪是一种可以测量偏振光的照相机，就像你透过一副偏光太阳镜看到的那样，我们利用它来测量三维成像，”德福雷斯特说。

“除了光源本身，我们所看到的周围一切，都是从表面或太空物体散射出来的，”他补充道。“因此，当我们观察太阳风时，我们看到的是散射自我们所见实际物质的阳光。散射过程使光发生偏振，偏振度告诉我们物体在三维空间中的位置。”

欢迎副作用

如果一切顺利，PUNCH 应该能够揭示太阳的更多细节，而不仅仅是日冕和日光层的统一。例如，该团队表示，这很可能会改变太空天气预报的格局，这意味着我们可能能够比现在更准确地知道太阳风暴何时会来袭。这当然对极光追逐者来说是件好事，但万一一场足以伤害太空行走宇航员的大型风暴正在向我们袭来，这也是一件好事。

“我们期望彻底改变太空天气预报的方式，”德福雷斯特说。“我们是第一个能够定期在太阳系三维空间中追踪太空天气事件的航天器。”

PUNCH 还将与其他太阳探测器合作，包括开拓性的帕克太阳探测器，它时不时地就会深入太阳日冕，最近一次是在去年圣诞节前夕。

“这两项任务将共同提供首批互补数据集，展示太阳如何产生规模达十亿倍的太阳风和太空天气，”德福雷斯特说。“这就像同时追踪和测量短跑田径明星的解剖结构以及该跑步者肌肉中葡萄糖分子的个体运动。”

最后，德福雷斯特指出了 PUNCH 主要科学的一个特殊“副作用”：“我们将绘制世界上最全面的偏振星图，覆盖可见天空的四分之三以上，从而实现新天文学。”