九颗小卫星追光而行，欲解地球“尾巴”五十年谜题

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2026年2月，美国加州大学伯克利分校发布消息，一项名为CINEMA的NASA新 mission 已正式启动。它将派遣九颗小卫星，去追踪极光，并窥探地球那条神秘莫测的“尾巴”——磁尾。这可能是人类迄今为止，对极光与空间风暴关系最精密的一次“现场直播”。

每年冬天，成千上万的游客涌入北欧、加拿大和阿拉斯加，只为目睹极光的绚丽。

但当游客指着天空追问，为什么有的极光像静止的帷幕，有的像狂舞的彩带，甚至突然碎成一串串“ beads”（光珠）时，他只能老实回答：“谁知道呢？”

这并非敷衍。50多年来，科学家确实知道极光与磁尾的“亚暴”有关，但具体哪种磁尾结构产生了哪种极光形态，至今仍是“黑箱”。

地球磁场像一个被风吹歪的气球，背对太阳的一侧被拉成一条长长的“尾巴”，这就是磁尾。它长达数十万公里，里面储存着巨大的能量。

太阳风不断给这条“尾巴”充电。当能量积累到临界点，就会发生剧烈的“磁重联”事件——像橡皮筋突然崩断一样，瞬间释放能量。这股能量冲向地球，在南北两极“点燃”极光，同时也会干扰卫星、通信甚至电网。

这就是“亚暴”。问题在于，科学家无法预测它何时发生，也无法判断释放的能量有多大。因为以前所有的观测手段，都像是“盲人摸象”。

NASA的CINEMA任务，全称是“磁尾与极光跨尺度调查”。它的核心是一支由九颗小卫星组成的星座。

最关键的是，它们携带了一台特殊相机。这台相机继承自 THEMIS 任务的地基极光观测技术，但青出于蓝。

首席科学家罗宾·米伦（Robyn Millan）解释说，过去的地基相机被云层遮挡，也无法从太空全局观测。CINEMA的相机解决了两个核心难题：一是卫星以7公里/秒高速飞行，成像容易模糊，它通过多次短曝光后合成来“防抖”；二是地球大气层有强烈的“气辉”干扰，它巧妙地避开最亮的绿光波段（557.7纳米），专门捕捉由电离氮产生的紫外波段（391.4纳米），后者与绿光由同一批粒子激发，能提供同样的物理信息，却背景干净。

如果说上世纪五六十年代的地基相机是“黑白默片”，2007年发射的THEMIS任务就是“彩色有声电影”。THEMIS用五颗卫星在磁尾内部采样，结合地面20多个相机，第一次揭示了亚暴的大致过程。但五颗卫星对于浩瀚的磁尾来说，仍然太少。

CINEMA则从“内部采样”转向了“遥感成像”。它不直接进入磁尾最深处，而是在低轨道上通过测量粒子和电流，反推磁尾的磁场结构。这就像从“摸象”变成了“看戏”——不仅能看清舞台（极光），还能看清幕后（磁尾）的每一次动作。

参与相机设计的物理学家斯蒂芬·门德（Stephen Mende）感慨：“人们研究亚暴超过50年，我们至今没搞懂它。学习我们自己的地球系统如何工作，这很重要。”

CINEMA任务还将引入公民科学项目，邀请地面的“追光者”用普通相机同步拍摄。这些全光谱的地面影像，将与卫星的紫外影像互为补充。

中国的空间物理学家同样在紧追不舍。虽然尚未有专门针对磁尾成像的星座计划，但我们有自己的路径。

此外，我国在“子午工程”二期建设中，部署了覆盖全国的大型地基极光观测网络。当CINEMA的卫星在天上拍照时，中国的漠河、南极中山站等地的“追光者”和科研人员，同样在地面仰望星空。未来，我们完全有能力利用自己的天基和地基数据，与CINEMA等国际任务开展对比研究。

CINEMA预计不早于2030年发射。届时，九颗小卫星将为我们揭开极光背后那条“尾巴”的神秘面纱，而中国的科学家，也必将在这场全球“追光”行动中，留下自己的印记。