探索宇宙奧秘 · 理性思考

2026年2月，美國加州大學(xué)伯克利分校發(fā)布消息，一項(xiàng)名為CINEMA的NASA新 mission 已正式啟動(dòng)。它將派遣九顆小衛(wèi)星，去追蹤極光，并窺探地球那條神秘莫測的“尾巴”——磁尾。這可能是人類迄今為止，對(duì)極光與空間風(fēng)暴關(guān)系最精密的一次“現(xiàn)場直播”。

每年冬天，成千上萬的游客涌入北歐、加拿大和阿拉斯加，只為目睹極光的絢麗。

但當(dāng)游客指著天空追問，為什么有的極光像靜止的帷幕，有的像狂舞的彩帶，甚至突然碎成一串串“ beads”（光珠）時(shí)，他只能老實(shí)回答：“誰知道呢？”

這并非敷衍。50多年來，科學(xué)家確實(shí)知道極光與磁尾的“亞暴”有關(guān)，但具體哪種磁尾結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了哪種極光形態(tài)，至今仍是“黑箱”。

地球磁場像一個(gè)被風(fēng)吹歪的氣球，背對(duì)太陽的一側(cè)被拉成一條長長的“尾巴”，這就是磁尾。它長達(dá)數(shù)十萬公里，里面儲(chǔ)存著巨大的能量。

太陽風(fēng)不斷給這條“尾巴”充電。當(dāng)能量積累到臨界點(diǎn)，就會(huì)發(fā)生劇烈的“磁重聯(lián)”事件——像橡皮筋突然崩斷一樣，瞬間釋放能量。這股能量沖向地球，在南北兩極“點(diǎn)燃”極光，同時(shí)也會(huì)干擾衛(wèi)星、通信甚至電網(wǎng)。

這就是“亞暴”。問題在于，科學(xué)家無法預(yù)測它何時(shí)發(fā)生，也無法判斷釋放的能量有多大。因?yàn)橐郧八械挠^測手段，都像是“盲人摸象”。

NASA的CINEMA任務(wù)，全稱是“磁尾與極光跨尺度調(diào)查”。它的核心是一支由九顆小衛(wèi)星組成的星座。

最關(guān)鍵的是，它們攜帶了一臺(tái)特殊相機(jī)。這臺(tái)相機(jī)繼承自 THEMIS 任務(wù)的地基極光觀測技術(shù)，但青出于藍(lán)。

首席科學(xué)家羅賓·米倫（Robyn Millan）解釋說，過去的地基相機(jī)被云層遮擋，也無法從太空全局觀測。CINEMA的相機(jī)解決了兩個(gè)核心難題：一是衛(wèi)星以7公里/秒高速飛行，成像容易模糊，它通過多次短曝光后合成來“防抖”；二是地球大氣層有強(qiáng)烈的“氣輝”干擾，它巧妙地避開最亮的綠光波段（557.7納米），專門捕捉由電離氮產(chǎn)生的紫外波段（391.4納米），后者與綠光由同一批粒子激發(fā)，能提供同樣的物理信息，卻背景干凈。

如果說上世紀(jì)五六十年代的地基相機(jī)是“黑白默片”，2007年發(fā)射的THEMIS任務(wù)就是“彩色有聲電影”。THEMIS用五顆衛(wèi)星在磁尾內(nèi)部采樣，結(jié)合地面20多個(gè)相機(jī)，第一次揭示了亞暴的大致過程。但五顆衛(wèi)星對(duì)于浩瀚的磁尾來說，仍然太少。

CINEMA則從“內(nèi)部采樣”轉(zhuǎn)向了“遙感成像”。它不直接進(jìn)入磁尾最深處，而是在低軌道上通過測量粒子和電流，反推磁尾的磁場結(jié)構(gòu)。這就像從“摸象”變成了“看戲”——不僅能看清舞臺(tái)（極光），還能看清幕后（磁尾）的每一次動(dòng)作。

參與相機(jī)設(shè)計(jì)的物理學(xué)家斯蒂芬·門德（Stephen Mende）感慨：“人們研究亞暴超過50年，我們至今沒搞懂它。學(xué)習(xí)我們自己的地球系統(tǒng)如何工作，這很重要。”

CINEMA任務(wù)還將引入公民科學(xué)項(xiàng)目，邀請(qǐng)地面的“追光者”用普通相機(jī)同步拍攝。這些全光譜的地面影像，將與衛(wèi)星的紫外影像互為補(bǔ)充。

中國的空間物理學(xué)家同樣在緊追不舍。雖然尚未有專門針對(duì)磁尾成像的星座計(jì)劃，但我們有自己的路徑。

此外，我國在“子午工程”二期建設(shè)中，部署了覆蓋全國的大型地基極光觀測網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)CINEMA的衛(wèi)星在天上拍照時(shí)，中國的漠河、南極中山站等地的“追光者”和科研人員，同樣在地面仰望星空。未來，我們完全有能力利用自己的天基和地基數(shù)據(jù)，與CINEMA等國際任務(wù)開展對(duì)比研究。

CINEMA預(yù)計(jì)不早于2030年發(fā)射。屆時(shí)，九顆小衛(wèi)星將為我們揭開極光背后那條“尾巴”的神秘面紗，而中國的科學(xué)家，也必將在這場全球“追光”行動(dòng)中，留下自己的印記。