追踪日光层等离子体的起源和激发

艺术家描绘的黑暗星空背景，右上角是太阳，地球在中心，左下角是一个圆形的宇宙飞船。金线从太阳流向四面八方，与地球相撞。SPICES将测量太空中的等离子体，并将其起源追溯到太阳、行星大气层、彗星尾巴和星际空间。致谢:uux.cn/斯蒂芬·阿尔维，密歇根大学

（神秘的地球uux.cn）据美国宇航局（科学编辑小组）：想象一下，你有一个秘密解码环，你可以用它来破译一个秘密信息，其中包含关于你周围事物的重要线索:它们来自哪里，为什么会在那里，以及它们将来会变成什么样。现在想象一下，秘密解码环实际上是一个可以在太空中飞行的传感器，用来揭开太阳系物质的秘密。这种物质起源于哪里，它如何变得有能量，它如何影响生活在地球上和太空旅行的人类？SPICES就像太阳系中等离子体(由带电粒子组成的气体)的解码环。它有可能揭示有关太阳如何表现以及与行星及其大气层相互作用的重要信息，以及太阳系如何受到其自身在星际空间中运动的影响。

宇宙主要由氢构成，但是构成生命的元素以及行星、彗星和许多其他天体都比氢重。事实上，这些较重的元素虽然不那么丰富，但却是理解宇宙中众多过程如何运作的关键。在我们的太阳系中，这些“重元素”——当它们带电时被称为“重离子”——可以帮助我们追踪等离子体在行星、彗星、太阳和太阳大气层，甚至星际空间的起源。

重离子是描述太阳系如何支持和维持生命的谜题的重要组成部分。它们也在导致太阳风暴的太阳大爆发中发挥作用。例如，发出大量X射线的太阳耀斑主要是由于太阳上重离子的激发。能够预测和准备太阳风暴对于确保人类和机器人在太空任务中的安全非常重要。SPICES将通过向科学家提供关于太阳爆发如何发生以及它们如何加速等离子体的信息，使我们能够更好地了解这些太阳风暴是如何形成的。有了这些信息，科学家可以更好地预测太阳风暴的时间和强度。

SPICES旨在测量在太空中吹动的带电粒子流(也称为风)的化学组成。香料将测量太阳风——从太阳吹走的风，包括最严重的太阳风暴产生的风。它还将测量从星际空间吹进太阳系并在遇到太阳时带电的中性风，以及吹离行星表面和行星大气层的风。测量这些粒子流的化学成分可以帮助我们了解太阳系是如何创造的，它今天的行为，以及它在未来的行为。

SPICES经过优化，可以检测不太常见的重离子，如低电荷离子和同位素，这些离子目前无法通过星载传感器很好地测量。SPICES的设计采用了一种新颖和最先进的方法来提高进入离子的能量，以便可以更清楚地识别它们的指纹，从而准确测量这些稀有物种的丰度和可变性。这些稀有物种中的一些只在太阳风暴中发现，可以改变这些风暴与地球空间环境的相互作用。

但是提高这些进入的离子的能量是具有挑战性的；必须安全地完成，不要让香料电子设备或其他仪器处于危险之中，也不要让传感器过热。SPICES上使用的提高离子能量的方法是基于传统方法，但新设计可以通过一次一个阶段地提高能量来达到所需的最大水平，从而将离子能量提高到比以前的空间传感器高60%。该设计还结合了一个保护泡，以保护电子设备和其他机载系统免受香料产生的高能离子的影响。香料将很快准备好在即将到来的任务中飞行，这些任务研究太阳的全球行为、行星大气层、监测太空天气，或者飞到太阳系的边缘进入星际空间。

密歇根大学空间物理研究实验室的工程师正在应对这一工程挑战，德克萨斯州西南研究所也做出了贡献。该传感器的原始设计是密歇根大学科学家合作的结果，其中包括乔治·格洛克勒博士，天基离子质谱仪的先驱之一；苏珊·莱普里教授；杰森·吉尔伯特博士；和副教授吉姆·瑞恩斯。

项目负责人:

密歇根大学的苏珊·莱普里教授

赞助组织

太阳物理战略技术办公室