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地球是人類共同的家園，生命的搖籃。20世紀50年代，人類走出地球探索太空，最初的太空發現之一就是地球大氣之外的地磁圈。地磁圈如同一把雨傘， 阻擋了太陽噴射的高速粒子（稱爲“太陽風”）。如果沒有這把保護傘，地球將和火星一樣，大氣被太陽風吹走，液態水無法保存。

太陽風在日地空間的傳播（視頻來源於網絡）

當太陽劇烈活動時，來自太陽風的巨大能量和物質會穿過地磁保護傘在地磁圈內釋放，引起各種能量劇烈爆發，導致空間環境發生災害性變化的現象，叫做“空間天氣”。與傳統意義上的“天氣”不同，空間天氣發生在距離地面幾十公里以上，當太陽風高速粒子向地球發起衝擊時，通常會危及宇航員的生命和太空科技設施。強烈的太陽風與地磁圈發生撞擊，除產生絢麗多彩的極光外，也會引起地磁暴、電離層擾動和地面感應電流，導致無線電通訊、衛星運行、導航系統和地面電網等癱瘓。

1859年9月的卡靈頓事件，摧毀了橫穿美國的電報線路，在全球引發了極光；1989年3月，加拿大魁北克省整個配電網故障；2003年10月，多顆衛星失靈，造成全世界通和電網中斷。

隨着現代社會越來越依賴高科技設施，理解和掌握空間天氣越來越成爲人類的緊迫需求。人類進入太空時代已有半個多世紀，但空間天氣過程仍然是難解之謎。不過，這一現狀將迎來改變。根據科學家的提議，中國科學院與歐洲空間局聯合推出“微笑”衛星計劃——太陽風-磁層相互作用全景成像衛星計劃（Solar Wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer. SMILE）。

SMILE LOGO

“微笑”衛星的工作軌道爲大傾角、大橢圓軌道（近地點高度約5000千米，遠地點高度約19RE，地球半徑RE = 6370千米）。爲實現其科學目標，衛星配置了四臺有效載荷：軟X射線成像儀（Soft X-ray Imager. SXI）、紫外極光成像儀（Ultra-Violet Imager. UVI）、低能離子分析儀（Light Ion Analyzer. LIA）及磁強計（Magnetometer. MAG）。軟X射線成像儀主要提供向陽側磁層頂的X射線成像圖；紫外極光成像儀給出全球極光分佈圖；軟X射線成像儀和紫外極光成像儀相互配合，實現太陽風-磁層相互作用的全景成像；低能離子分析儀和磁強計則是對上游太陽風或磁鞘等離子體以及磁場進行實時的原位探測，測量驅動源頭。

SMILE衛星概念圖（圖片來源於歐洲空間局網站）

“微笑”衛星是首次利用軟X射線“照相”對太陽風和地磁圈之間的相互作用進行連續的全球成像，並結合衛星實地探測研究太陽風能量和物質如何進入地磁保護傘，引發空間天氣。這將給日地空間物理學研究帶來一場革新，並在預測及減輕空間災害性天氣方面具有引領作用。

SMILE衛星概念圖2（圖片來源於歐洲空間局網站）

目前，“微笑”衛星的研製工作正在紮實有序的開展，預計於2023年在法國庫魯航天發射場發射。自2016年衛星開始研製以來，已吸引來自全球幾十個國家（包括中國、 英國、加拿大、法國、西班牙、美國、俄羅斯、奧地利、… …）的科學家參與該衛星的研究，科學家正在進行國際全面深度協作。“微笑”衛星不僅爲空間科學的合作樹立了新典範，也爲我國空間大國轉向空間強國起示範和先驅作用。

來源：中科院之聲