美国宇航局PUNCH任务启动 拍摄到首批太阳图像

PUNCH 是美国宇航局的一项大胆的新任务，它利用四颗手提箱大小的卫星协同工作，成功地从轨道上拍摄了第一张太阳日冕图像。这些灵活的航天器将捕捉外层太阳大气如何转化为太阳风——一种塑造我们太阳系的动态力量。凭借先进的成像技术和水力推进器，PUNCH 正在不断突破太空技术和太阳科学的极限。

这张由 PUNCH/WFI2（上图）和 PUNCH/NFI（插图）于 2025 年 4 月 14 日拍摄的首张图像合成图展示了视场是如何相互衔接的。当 NASA 的四艘航天器完全部署后，它们将协同工作，观测一个 90° 的视场。图中已确定星座以显示视场的大小。由西南研究院 (SwRI) 领导的 PUNCH 任务在仪器调试期间获得了这些首张图像，表明相机对焦准确、运行正常，并捕捉到了在“正午”太空强光照射下“夜晚”天空的深场图像。图片来源：NASA/西南研究院/海军研究实验室

由美国西南研究所 (SwRI) 领导的“统一日冕和日球层偏振仪”（PUNCH）任务于3月11日发射升空进入地球极地轨道后，拍摄了首批图像。该任务由四颗紧凑型、手提箱大小的卫星组成，它们协同工作，形成一个覆盖8000英里（约12000公里）的虚拟仪器。其目标是拍摄日冕（太阳外层大气）的图像，并追踪其如何转变为太阳风——塑造我们太阳系的连续带电粒子流。

“我们于4月14日打开了近场成像仪（NFI）和一台广角成像仪（WFI）的仪器门，”PUNCH首席研究员、位于科罗拉多州博尔德的西南研究院太阳系科学与探索部门的Craig DeForest博士说道。“4月16日，另外两台WFI也打开了仪器门，并收集了首批光验证图像。所有四台仪器均按设计运行。我们很高兴能够完成在轨调试，并让这些相机协同工作。”

2025年4月14日，由西南研究院（SwRI）领导的PUNCH任务打开了两台仪器的门，收集了这张首张光影图像，并证明相机对焦准确、运行正常，并捕捉到了在“正午”太空强光照射下“夜空”的深场图像。图中可见几个熟悉的星座，包括金牛座（图片中上部偏右）和昴宿星团（右上）。柔和的弥散光辉是“黄道光”，它闪耀着围绕太阳运行的微小尘埃颗粒的光芒。图片来源：NASA/西南研究院

PUNCH卫星群包括一颗搭载NFI日冕仪的卫星，该仪器由美国海军研究实验室（NRA）建造，可提供日冕的连续图像。另外三颗卫星则搭载WFI日冕成像仪（由西南研究院（SwRI）开发），旨在捕捉来自最外层日冕和太阳风本身的极其微弱的光线。

稀薄的太阳风以每小时超过一百万英里的速度从太阳喷涌而出，其特征亮度还不到银河系背景的0.1% 。PUNCH原始图像主要包含恒星和“黄道光”——一种在太阳系内部绕太阳运行的尘埃雾。要消除星场和黄道光，同时保留极其微弱的太阳风信号，需要格外小心，因为哪怕是最微小的伪影或校准误差都会淹没太阳风信号。

美国宇航局的“统一日冕和日光层偏振仪”（PUNCH）任务是由四颗低地球轨道小型卫星组成的卫星群，将对日冕进行全球三维观测，以了解日冕的质量和能量如何转化为太阳风。图片来源：NASA

该航天器目前正处于为期90天的调试期，由西南研究院的任务运营中心负责运行。之后，科学任务将于2025年6月启动，科学运营中心将开始处理数据，并与NASA和世界其他地区共享。

“在整个调试阶段，PUNCH 团队一直在校准 NFI 数据，以消除 99% 的光线，从而以惊人的细节显示从太阳外层大气中流出的物质，”DeForest 说。“三张 WFI 的‘首照’图像显示了星场，但最终目标是消除星场和其他背景光，并保留太阳风传播到地球时的微弱光亮。”

在调试期间，“PUNCH”还演示了新型水力驱动、小玻璃杯大小的火箭发动机。为了驱动发动机，每个航天器都会电解水，积聚少量高压氢气和氧气，然后将其作为燃料燃烧。每次循环都会产生约每秒一英寸（2厘米/秒）的“冲击”，足以校正微小的轨道偏移并保持星座稳定。

“PUNCH是首个依赖此类发动机的太空任务，它携带安全、惰性、无毒的推进剂，”德福雷斯特说。“尽管推进器比传统的肼火箭更复杂，但这种安全性和稳定性是值得的。”

在任务过程中，每颗卫星都需要可靠且重复地点火数百次推进器。4月2日，作为调试的一部分，WFI-2航天器演示了其前三次充能点火循环，在与其他PUNCH航天器漂移以到达最终位置的过程中，改变了其相对于其他PUNCH航天器的轨道速度——彼此之间的距离为地球轨道的三分之一。

每台仪器内部都配备了一台由RAL Space公司研发的太空级科学级相机，每四分钟将通过三种不同的偏振滤光片收集三张原始图像。这一新视角将使科学家能够辨别日冕物质抛射穿过太阳系内部时的精确轨迹和速度，从而改进目前只能测量日冕本身、无法测量三维运动的日冕仪。

PUNCH（统一日冕和日光层的偏振计）任务是由美国国家航空航天局（NASA）资助、西南研究所领导的项目。其目标是研究太阳外层大气——日冕——如何转变为太阳风——一种流经太阳系并影响太空天气的带电粒子流。

该任务使用由四颗小型卫星组成的卫星群，每颗卫星大小与手提箱相当，它们在轨道上作为单一仪器协同工作。其中一颗卫星搭载日冕仪，用于对明亮的内日冕进行成像；另外三颗卫星搭载广角成像仪，用于捕捉外日冕和太阳风的微弱延伸结构。通过整合四颗卫星的数据，PUNCH 将创建太阳大气向太空扩张的连续图像，帮助科学家更好地理解太阳的动态及其对地球的影响。

编译自/scitechdaily