美国宇航局新任务揭示地球看不见的“光环”

（蜘蛛网eeook.com）据美国国家航空航天局（迈尔斯·哈特菲尔德）：美国宇航局的一项新任务将捕捉地球看不见的“光晕”的图像，即我们星球最外层的大气层外逸层发出的微弱光，因为它会响应太阳而变形和变化。了解外逸层的物理原理是预测近地空间危险情况的关键一步，这是保护在前往月球或未来前往火星的途中穿越该地区的阿耳忒弥斯宇航员的必要条件。卡拉瑟斯地冕天文台将于不早于 9 月 23 日星期二从佛罗里达州的美国宇航局肯尼迪航天中心发射升空。

在 1970 年代初期，科学家们只能推测地球大气层延伸到太空的距离。这个谜团植根于外逸层，即我们大气层的最外层，它从大约 300 英里高处开始。理论家们将其视为一团氢原子云——现存最轻的元素——它已经上升得如此之高，以至于原子正在积极逃逸到太空中。

但外逸层只能通过被称为地冕的微弱紫外线“光晕”来揭示自己。先驱科学家和工程师乔治·卡拉瑟斯博士给自己设定了看到它的任务。在测试火箭上发射了几个原型后，他开发了一种紫外线相机，准备单程太空旅行。

阿波罗 16 号宇航员约翰·杨 （John Young） 与乔治·卡拉瑟斯 （George Carruthers） 的镀金远紫外相机/光谱仪 （第一个基于月球的天文台） 在月球表面合影。登月舱“猎户座”在右侧，月球漫游车停在美国国旗旁边的背景中。来源：美国宇航局

1972 年 4 月，阿波罗 16 号宇航员将卡拉瑟斯的相机放置在月球的笛卡尔高地，人类第一次看到了地球的地冕。它产生的图像对于他们捕捉到的东西和他们没有捕捉到的东西一样令人惊叹。

“相机在月球上距离不够远，无法获得整个视野，”卡拉瑟斯地电晕天文台的首席研究员劳拉·沃尔德罗普说。“这真的很令人震惊——地球周围这种轻盈、蓬松的氢云可以延伸到离地表那么远的地方。”沃尔德罗普在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校领导任务，乔治·卡拉瑟斯是该校的校友。

来自地球外层大气层地冕的第一张紫外线图像，取自乔治·卡拉瑟斯设计和制造的望远镜。1972 年阿波罗 16 号任务期间，望远镜在月球上拍摄了这张照片。来源：G. Carruthers （NRL） 等人/远紫外相机/NASA/阿波罗 16 号

今天，人们认为外逸层至少延伸到月球的一半。但研究的原因不仅仅是对其大小的好奇。

当太阳喷发到达地球时，它们首先撞击外逸层，引发一系列反应，有时最终导致危险的太空天气风暴。了解外逸层的响应对于预测和减轻这些风暴的影响非常重要。此外，氢——水的原子组成部分之一，或 H2O——通过外逸层逃逸。绘制逃逸过程的地图将揭示为什么地球保留水而其他行星没有，帮助我们找到系外行星或太阳系外的行星，它们可能会起到同样的作用。

美国宇航局的卡拉瑟斯地电晕天文台以乔治·卡拉瑟斯的名字命名，旨在捕捉地球外逸层的第一部连续电影，揭示其全部广阔和内部动力学。

“我们以前从未有过专门进行外圈观测的任务，”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的卡拉瑟斯任务科学家亚历克斯·格洛瑟说。“我们将第一次获得这些测量结果，这真的很令人兴奋。”

Carruthers 航天器重 531 磅，大约有双人沙发那么大，将与 NASA 的 IMAP（星际测绘和加速探测器）航天器和美国国家海洋和大气管理局的 SWFO-L1（太空天气跟进 - 拉格朗日 1 号）太空天气卫星一起发射。发射后，所有三项任务都将开始为期四个月的巡航阶段，前往拉格朗日 1 点 （L1），该地点距离太阳比地球近约 100 万英里。经过一个月的科学检查后，卡拉瑟斯的两年科学阶段将于 2026 年 3 月开始。

艺术家对空间中五个日地拉格朗日点的概念。在拉格朗日点，两个大质量的引力抵消了，使航天器能够减少保持原位所需的燃料消耗。地球-太阳系统的 L1 点提供了不间断的太阳视野，并将在 2025 年成为三项新太阳物理任务的所在地：NASA 的星际测绘和加速探测器 （IMAP）、NASA 的 Carruthers Geocorona 天文台和 NOAA 的太空天气后续 – 拉格朗日 1 号 （SWFO – L1）。来源：美国宇航局概念图像实验室/Krystofer Kim

从大约比月球远四倍的 L1 上，Carruthers 将使用两台紫外线相机、一个近场成像仪和一个宽场成像仪捕捉外逸层的全面视图。

“近场成像仪可以让你非常近距离地放大，看看外逸层在靠近地球的地方是如何变化的，”格洛瑟说。“宽视场成像仪可以让您看到外逸层的全貌和广阔范围，以及它在远离地球表面的地方是如何变化的。”

这两个成像仪将一起绘制氢原子穿过外逸层并最终到达太空的地图。但是，我们对家乡星球上的大气逃逸的了解远不止于此。

“了解它在地球上的工作原理将极大地帮助我们了解系外行星以及它们的大气层逃逸的速度，”沃尔德罗普说。

通过研究地球的物理学，地球是我们所知道的一颗支持生命的行星，卡拉瑟斯地冕天文台可以帮助我们知道在宇宙的其他地方寻找什么。

卡拉瑟斯地冠天文台任务由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的劳拉·沃尔德罗普 （Lara Waldrop） 领导。加州大学伯克利分校的空间科学实验室与犹他州立大学空间动力学实验室合作，领导有效载荷的任务实施、设计和开发。卡拉瑟斯航天器由 BAE Systems 设计和制造。位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的美国宇航局探索者和太阳物理项目部门负责管理该机构位于华盛顿的美国宇航局总部的太阳物理学部门的任务。

作者：迈尔斯·哈特菲尔德

美国宇航局戈达德太空飞行中心，马里兰州格林贝尔特