NASA的EZIE任务将研究地球大气中的强大电流

在地球两极的高空，强大的喷射电流产生了令人着迷的极光，但同时也带来了停电等风险。 美国国家航空航天局（NASA）即将执行的 EZIE 任务旨在利用三颗立方体卫星对这些电流进行解码，这些卫星将以同步编队的方式环绕地球运行，并利用测量磁场变化的尖端技术对电射流进行测绘。

电喷泽曼成像探测器（EZIE）是一项小型卫星任务，它将描述连接地球极光和地球磁层的电流的特征。 这幅插图显示了三个 EZIE 航天器在地球两极之一的极光上方运行的情况。 图片来源：NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

通过利用泽曼效应，EZIE 将从气球无法到达的高空收集数据，但由于高度太低，卫星无法徘徊。 这项任务还招募了公民科学家，为学生配备磁强计，以比较来自地面的数据。 EZIE 将在太阳最大期间发射，与美国宇航局的其他任务一起工作，推动空间天气研究的发展。

在地球两极的高空被称为"电射流"的强大电流流经高层大气照亮了极光的天空。 这些极光电射流每秒在两极附近携带近百万安培的电荷，在地面上产生一些最强的磁场干扰。 这些电流的快速变化会扰乱电网，可能导致停电。 为了更好地了解并最终减少这些空间天气事件的影响，美国国家航空航天局（NASA）将于 3 月份发射 EZIE（电子射流泽曼成像探测器）任务。

EZIE 的发现将帮助科学家改进对危险太空天气的预测，这些天气可能会危及宇航员、干扰卫星并破坏地球上的电力系统。

其中一颗 EZIE 立方体卫星的三维效果图。 资料来源：NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

这次任务由三颗立方体卫星组成，每颗卫星都只有手提箱大小。 这些小型卫星将以珍珠线编队的方式飞行，在大约 350 英里（550 公里）的高度上从一极绕地球飞行。 从这个有利位置，它们将监测电喷流，电喷流大约在距离地表 60 英里（100 公里）的大气层带电区域（称为电离层）流动。

在运行过程中，EZIE 卫星将不断对电射流进行测绘，捕捉它们的结构并跟踪它们如何随时间演变。 通过间隔 2 到 10 分钟飞越相同区域，航天器将揭示这些电流的快速变化，为了解它们的行为提供重要信息。

美国国家航空航天局（NASA）的EZIE（Electrojet Zeeman Imaging Explorer）任务将使用三颗立方体卫星来绘制地球极光电射流的地图--当极光在天空中闪耀时，这些强烈的电流会在地球极地上空流动。 当这三颗卫星围绕地球运行时，每颗卫星将使用四个指向不同角度的碟形天线来测量电射流产生的磁场。 图片来源：NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben解开几十年前的太空之谜

之前的地面实验和航天器已经观测到极光电喷，它只是从地球到太空延伸 10 万英里（16 万公里）的巨大电路中的一小部分。 但几十年来，科学家们一直在争论整个系统是什么样的，以及它是如何演变的。 任务团队希望 EZIE 能够解决这一争论。

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EZIE任务科学家拉里-凯普科说："EZIE所做的是独一无二的。EZIE是第一个专门研究电喷的任务，它采用了一种全新的测量技术。"

这项技术包括观察电喷嘴下方约 10 英里（16 公里）处氧分子发出的微波。 通常，氧分子发射的微波频率为 118 千兆赫。 然而，电子射流产生的磁场可以在一个称为"泽曼分裂"的过程中分裂出 118 千兆赫的发射线。 磁场越强，发射线分裂得越开。

三艘 EZIE 航天器中的每一艘都将携带一台名为"微波电喷磁图"的仪器，用于观测齐曼效应，并测量电喷磁场的强度和方向。 这些仪器由位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室（JPL）制造，每台仪器都将使用四个指向不同角度的天线，在 EZIE 的轨道上沿着四条不同的轨道测量磁场。

其中一颗 EZIE 立方体卫星的三维效果图。 Credit: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

微波电喷磁图中使用的技术最初是为了研究地球大气层和天气系统而开发的。 JPL 的工程师们缩小了无线电探测器的尺寸，以便将其安装在小型卫星上，包括 NASA 的 TEMPEST-D 和 CubeRRT 任务，并改进了将光分成特定波长的组件。

电射流流经一个难以直接研究的区域，因为该区域过高，科学气球无法到达，但又过低，卫星无法停留。

位于马里兰州劳雷尔的约翰-霍普金斯应用物理实验室（APL）的EZIE首席研究员Sam Yee说："利用泽曼技术远程绘制电流诱导磁场图确实是一种改变游戏规则的方法，可以在众所周知难以测量的高度进行这些测量。"

NASA的EZIE（电射流泽曼成像探测器）任务将研究地球极光电射流，当极光（北极光和南极光）发光时，这些电射流会在地球极区的高空流动。 通过对这些电流进行前所未有的测量，EZIE 将解答数十年来的谜团。 了解这些电流还将提高科学家预测危险太空天气的能力。 资料来源：NASA/Johns Hopkins APL

这项任务还吸收了公民科学家来加强研究，向美国的学生和世界各地的志愿者分发了数十套EZIE-Mag磁力计套件，以便将EZIE的观测结果与地球上的观测结果进行比较。APL的EZIE项目经理Nelli Mosavi-Hoyer说："EZIE科学家将从高空收集磁场数据，而学生们将从地面收集磁场数据。"

EZIE航天器将搭乘太空探索技术公司（SpaceX）的猎鹰9号火箭从加利福尼亚州范登堡空军基地发射升空，这是太空探索技术公司（SpaceX）通过发射集成商马弗里克太空系统公司（Maverick Space Systems）执行的Transporter-13共乘任务的一部分。

这次任务将在所谓的太阳极大期发射，在 11 年的太阳周期中，这个阶段的太阳活动更强烈、更频繁。 这对 EZIE 的科学研究来说是一个优势。

EZIE任务还将与NASA的其他太阳物理学任务并肩作战，包括PUNCH（统一日冕和日光层的极坐标），该任务将于2月下旬启动，以研究太阳外层大气中的物质如何变成太阳风。

据Yee称，EZIE的立方体卫星任务不仅让科学家们能够解决几十年来都无法回答的棘手问题，而且还证明了伟大的科学可以经济高效地实现。

"我们正在利用立方体卫星的新能力，"Kepko 补充说。"这项任务在十年前是不可能完成的。 它挑战了可能的极限，而这一切都发生在一颗小型卫星上。 想想我们将会发现什么，真是令人兴奋"。

EZIE任务由NASA太阳物理学部资助，由NASA戈达德探索者项目办公室管理。 约翰-霍普金斯应用物理实验室（APL）负责领导此次任务，科罗拉多州博尔德的蓝峡谷技术公司负责建造立方体卫星。

编译自/ScitechDaily