NASA的PUNCH任务综述：用8000英里虚拟望远镜跟踪太阳风暴

美国国家航空航天局（NASA）的PUNCH任务即将启动，利用由四颗小型卫星组成的网络研究日冕和太阳风。通过作为一个单一的大型仪器，这些航天器将为太阳风暴和空间天气提供更清晰的三维视图。 这一创新将彻底改变我们预测和应对影响地球的空间天气事件的方式。

美国国家航空航天局的 PUNCH 任务将使用四颗手提箱大小的卫星，这些卫星由 SwRI 设计和制造，分布在地球周围，并同步作为一个 8000 英里宽的单一"虚拟"仪器。 插图未按比例绘制。 资料来源：美国西南研究院

四个小型航天器（每个都只有手提箱大小）将于2月28日前从加利福尼亚州范登堡空军基地发射升空。 这些航天器由位于圣安东尼奥的西南研究所（SwRI）设计和制造，是美国国家航空航天局统一日冕和日光层极仪（PUNCH）任务的一部分。 它们将与美国国家航空航天局的宇宙历史、再电离纪元和冰层探索者分光光度计（SPHEREx）观测站共同进入太空。

"PUNCH任务将研究日冕、太阳的外层大气和太阳风，它们作为一个统一的、综合的系统填充和定义着我们的太阳系，"位于科罗拉多州博尔德的SwRI太阳系科学与探索部的PUNCH首席研究员Craig DeForest博士说。"这在以前是不可能的，因为我们使用不同种类的仪器来描述这些区域的特征。 PUNCH将整合我们对日冕在加热和加速太阳风方面所起作用的理解，太阳风冲刷着地球和太阳系中的其他行星"。

由 SwRI 设计和制造的四颗 PUNCH 卫星将提供以太阳为中心的 90 度天空肖像，如图所示。 一颗卫星上的窄场成像仪是一个日冕仪，它能遮挡太阳最亮的光线，以显示较暗的日冕。 三台由西南研究院开发的宽场成像仪使用挡板和地面处理技术来显示外冕和太阳风本身的微弱痕迹，比银河系还要暗1000倍。 资料来源：西南研究所

发射后，PUNCH 卫星群将沿着昼夜线在低地轨道上展开，因此航天器将一直处于阳光下，可以清晰地看到各个方向。

"为了获得我们需要的数据，我们必须制造一个和地球一样大的仪器，"DeForest 说。"这是不可能的，所以我们使用了四个小型航天器，它们同步分布在地球周围，创建了一个宽 8000 英里的虚拟仪器，以太阳为中心，对四分之一的天空进行成像。"

一颗卫星携带一个日冕仪，即由美国海军研究实验室开发的窄场成像仪，可对日冕进行连续成像。 另外三颗卫星则携带有 SwRI 开发的宽场成像仪，用于观测日冕最外层非常微弱的部分以及太阳风本身。

"PUNCH将使不可见的东西变得可见，"DeForest说。"我们的宽视场成像仪中的深度挡板能将直射太阳光减少 16 个数量级或 1000 万亿倍--相当于人的质量和冷病毒的质量之比。 然后，在地面上进行最先进的处理，去除背景星场，即每张图像中 99% 以上的光线，从而揭示出极其微弱的太阳风微光"。

每个航天器都包括一个由 RAL Space 公司开发的照相机，每四分钟通过三个不同的偏振滤光片收集三幅原始图像。 此外，每个航天器还将每八分钟生成一张清晰的非偏振图像，用于校准。 这一新视角将使科学家们能够辨别日冕物质抛射在内太阳系移动时的确切轨迹和速度，从而改进目前只能测量日冕本身而无法测量三维运动的仪器。

由美国西南研究院设计和制造的四个手提箱大小的航天器通过了所有最终评估，现已装入航天器，等待在2月28日之前发射进入低地球轨道。 NASA 的 PUNCH 任务旨在首次提供日冕和新生太阳风的统一综合图像。 资料来源：西南研究所

"虽然 PUNCH 是一项研究任务，但我们将能够在空间风暴或日冕物质抛射接近地球时对其进行三维跟踪--这对于预报空间天气以及它可能如何影响我们这个航天社会至关重要，"DeForest 说。"我们希望 PUNCH 能够像地球同步卫星给地球天气预报带来的革命性变化一样，给空间天气预报带来革命性变化。"

美国国家航空航天局（NASA）的小型探索者（SMEX）计划利用太阳物理学和天体物理学方面的创新和具有成本效益的方法，为突破性的空间科学任务提供了频繁的机会。 作为 PUNCH 任务的牵头机构，美国西南研究院（SwRI）还将监督四个航天器的运行。 PUNCH 团队包括开发窄场成像仪的美国海军研究实验室和英国牛津郡的 RAL Space 公司，后者为此次任务的四台可见光相机提供探测器系统。

编译自/ScitechDaily