摘要：美国东部时间周三上午，三项革命性太空任务搭载SpaceX猎鹰9号火箭从肯尼迪航天中心升空，其中最引人注目的是NASA的星际测绘和加速探测器IMAP。这项任务将深入探索包围整个太阳系的神秘屏障——日光层，这个天然的宇宙防护罩在保护地球生命方面发挥着至关重要的作用

信息来源：https://edition.cnn.com/2025/09/24/science/heliosphere-spacex-nasa-imap-launch

美国东部时间周三上午，三项革命性太空任务搭载SpaceX猎鹰9号火箭从肯尼迪航天中心升空，其中最引人注目的是NASA的星际测绘和加速探测器IMAP。这项任务将深入探索包围整个太阳系的神秘屏障——日光层，这个天然的宇宙防护罩在保护地球生命方面发挥着至关重要的作用，但其运作机制至今仍有许多未解之谜。

日光层本质上是一个由太阳风形成的巨大气泡结构，其范围远超冥王星轨道，相当于地球到冥王星距离的三倍。这个看不见的屏障持续阻挡着来自银河系深处的高能宇宙射线，为太阳系内的所有行星提供保护。如果没有这层保护，地球表面的生命形式将面临致命的辐射威胁，而这也可能解释了火星等其他行星为何失去了维持生命的能力。

从理论推测到实证观测的漫长历程

这张图片显示了 NASA 的 IMAP 任务于 3 月被装载到 NASA 马歇尔太空飞行中心位于阿拉巴马州亨茨维尔的 X 射线和低温设施的热真空室中。埃德·惠特曼/美国宇航局/约翰·霍普金斯大学 APL/普林斯顿

日光层概念的提出可以追溯到1950年代，当时多位科学家在研究宇宙射线和太阳风理论时首次提出了这一假说。他们推测太阳产生的磁场和粒子流在整个太阳系周围形成了一个保护边界。直到1962年水手2号任务成功测量到太阳风的存在，这一理论才得到首次实证支持。

随后的几十年间，先锋10号和11号任务以及著名的旅行者号探测器为理解日光层结构提供了关键数据。旅行者1号于2012年首次穿越日光层边界进入星际空间，旅行者2号则在2018年跟随其足迹，成为人类历史上仅有的两艘越过这一宇宙边界的探测器。这两艘探测器在不同位置收集的数据帮助科学家们初步勾勒出日光层的彗星状外形。

2008年发射的星际边界探测器IBEX进一步完善了对日光层的观测，持续绘制这一结构的全景地图。然而，现有的观测数据仍然存在显著缺口，科学家们对日光层的形成机制、边界特征以及动态变化过程的理解仍然有限。

IMAP任务的独特之处在于其搭载的十台先进科学仪器，这些设备的成像速度和分辨率相比前代任务有了质的飞跃，分辨率提高了30倍。任务将在距离地球约160万公里的轨道上运行，这个位置使其能够实时观测太阳风的变化，同时测量来自97亿至145亿公里外日光层边界的粒子信息。

高能中性原子追踪技术的创新应用

这张图显示了旅行者 1 号和旅行者 2 号探测器相对于日光层的位置，日光层是由太阳产生的保护气泡，远远超出冥王星的轨道。美国宇航局/喷气推进实验室-加州理工学院

IMAP任务的核心技术是对高能中性原子的精确测量。这些被称为ENA的粒子是高能带电离子与缓慢移动的中性原子碰撞后形成的不带电粒子。由于这些粒子不受磁场影响，沿直线传播，IMAP可以通过追踪它们的轨迹来精确定位其产生的位置，从而绘制出日光层边界的详细结构。

普林斯顿大学天体物理学家、IMAP首席研究员戴维·麦科马斯解释说，这项技术将帮助科学家制作出日光层相互作用区域极其详细的动态图像。这不仅能够揭示日光层屏蔽机制的工作原理，还能展现这一结构随时间的演化过程。

值得注意的是，类似日光层的结构并非太阳系独有。天文学家已经在其他恒星周围发现了类似的明亮天体球结构，这意味着IMAP的发现可能对理解整个宇宙中恒星系统的普遍规律具有重要意义。

太空天气预警系统的新突破

9 月 22 日太阳升起时，一枚配备 NASA IMAP、卡拉瑟斯地电晕天文台和 NOAA 的 SWFO-L1 航天器的 SpaceX 猎鹰 9 号火箭垂直矗立在佛罗里达州肯尼迪航天中心的 39A 发射场。SpaceX/美国宇航局

除了IMAP任务外，此次发射还包含两项重要的太空天气监测任务。NASA的卡拉瑟斯地冕天文台将专注于观测地球最外层大气——外逸层的特征，这一区域标志着地球与太空的过渡边界，是太空天气影响地球的第一道接触面。

该任务以阿波罗16号时代的紫外线相机发明者乔治·卡拉瑟斯博士命名，将使用先进的紫外线成像技术捕捉外逸层的微弱辐射信号，帮助科学家理解太空天气如何影响地球大气的最外层结构。

更为重要的是NOAA的太空天气跟踪拉格朗日1号SWFO-L1任务，这颗卫星将充当太阳风暴的早期预警系统。其搭载的紧凑型日冕望远镜能够持续监测太阳活动并测量太阳风参数，为NOAA空间天气预报中心提供实时数据流。与目前需要8小时传输时间的现有系统相比，SWFO-L1可以在30分钟内将太阳风暴图像传送到预报中心，大大提高了预警效率。

随着人类太空活动的不断扩展，准确的太空天气预报变得越来越重要。强烈的太阳风暴不仅会对国际空间站上的宇航员构成辐射威胁，还可能干扰地球上的通信网络、电力系统、导航设备以及卫星运行。未来的深空探测任务，包括NASA计划中的阿尔忒弥斯登月计划，都将严重依赖于精确的太空天气预报能力。

宇宙环境认知的新纪元

地球外层大气层地球日冕的第一张图像，取自乔治·卡拉瑟斯设计和制造的望远镜。G. Carruthers （NRL） 等人/远紫外相机/NASA

这三项任务的协同工作将为人类提供前所未有的太阳系环境全景视图。从太阳活动的源头监测到日光层边界的精细结构，再到地球大气层的响应机制，这个观测网络将帮助科学家构建起完整的太阳-行星际-地球系统动力学模型。

NASA太阳物理学部主任乔·韦斯特莱克强调，这些任务将为太空天气研究提供前所未有的洞察力。地球上的每个人以及几乎所有参与太空探索的系统都会受到太空天气的影响，因此这些研究对于保障现代社会的正常运转具有重要意义。

IMAP任务预计需要大约三个月时间到达其工作轨道，随后将开始为期两年的主要科学观测任务。其收集的数据不仅将填补现有日光层地图的空白，更可能重新定义人类对这个宇宙保护伞的基本认识。这项任务的成功将标志着人类对所处宇宙环境认知的重要突破，为未来更深入的太空探索奠定坚实的科学基础。

来源：人工智能学家