地球磁場中一種既令人眼花繚亂又可能對地面人員造成危險的宇宙現象，是一項新的科學任務的焦點，該任務計劃於週四（3月12日）發射入軌。
磁層多尺度任務（MMS）由四顆衛星組成，將研究一種稱為磁重聯的過程：這種爆炸性現象會向地球方向釋放強大的粒子爆發，可能損壞衛星。但磁重聯也是極光——地球兩極附近的北極光和南極光——的成因。 美國宇航局的一個新影片詳細解釋了MMS任務。
MMS是唯一專門研究磁重聯的儀器，科學家表示，它最終可能揭示這種現象是如何發生的。該任務需要精心設計的四顆獨立衛星在地球軌道上排列，將它們放置在地球家門口發生的磁重聯事件的路徑中。[美國宇航局磁層多尺度任務圖片]
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美國宇航局太陽物理學部臨時主任傑夫·紐馬克在2月25日的新聞釋出會上說：“[MMS]實際上將飛入地球磁層，即地球周圍的這種保護性磁環境。” “我們正在利用地球周圍的這個環境作為一個天然實驗室。 我們將前往磁重聯實際發生的太空，而不是在地球上建造一個實驗室，這樣我們就可以瞭解它。”
您可以觀看MMS衛星於週四發射，美國宇航局的網路直播於美國東部時間晚上 8:00（格林威治標準時間 3 月 13 日 00:00）開始。 升空時間定於美國東部時間晚上 10:44（格林威治標準時間 3 月 13 日凌晨 2:44），由一枚無人宇宙神V型火箭搭載升空。 美國宇航局將於今天美國東部時間下午 1:00（格林威治標準時間 17:00）舉行科學簡報網路直播，討論該任務。
遊蕩的磁場線
雖然過去的太空任務也記錄了一些關於磁重聯的資料，但根據美國宇航局的一份宣告，MMS是第一個專門用於研究這種現象的太空任務。 它收集資料的速度將比以往任何觀測過太空磁重聯的任務快100倍。 耗資11億美元的MMS任務是在位於馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心建造和測試的。
磁場遍佈宇宙。 行星、恆星、星系、黑洞和許多其他天體都會產生磁場線，這些磁場線可以像藤蔓一樣緊緊地纏繞在它們的母體周圍，或者鬆散地漂浮在太空中。
磁場線一端連線到磁鐵的正極，另一端連線到負極，通常是環狀的。 有時，磁場線會像橡皮筋一樣斷裂，然後迅速重新形成環。 磁場線的斷裂和重連，也稱為磁重聯，會釋放出巨大的能量爆發，有時會將附近的粒子加速到接近光速。
MMS首席研究員吉姆·伯奇在3月10日的新聞釋出會上說：“磁能在重聯事件中究竟是如何消失的，這完全是未知的。”
當磁重聯發生在太陽中時，它會產生從表面爆發的太陽耀斑。 它還會引起日冕物質拋射，其中太陽耀斑會噴射出粒子風暴，這些風暴會向外衝向太空——有時會直接衝向地球。 地球自身的磁場保護地面上的人們免受這些粒子風暴的侵襲，但軌道衛星有被損壞的風險。
磁重聯也發生在離地球更近的地方：太陽的磁場線一直延伸並漂移到水星和金星之外（在那裡它們有時被稱為行星際磁場線），一直到地球的家門口。 這些磁場線撞擊地球的保護性磁場——磁層——導致一些磁場線斷裂並重連。
在某些情況下，磁層附近的磁重聯會將粒子拋向地球大氣層，併產生地球上最令人驚歎的自然現象之一：極光。 但磁重聯也會產生地磁暴，將電湧向下傳輸到地面並進入電網，可能導致電網短路並造成停電。 這些強粒子陣雨也可能對軌道上的宇航員構成輻射危害。
從事MMS研究的科學家們想要了解這種美麗而危險的現象是如何發生的。
衛星之舞
MMS由四顆衛星組成，每顆衛星重3,000磅（1,360公斤）。 在發射準備階段，這些4英尺高、12英尺寬的八角形衛星被堆疊在一起，並放置在聯合發射聯盟宇宙神V型火箭頂部的保護殼內。[美國宇航局MMS衛星工作原理（資訊圖）]
一旦衛星進入軌道，每顆衛星都將展開一系列吊杆或天線，其中最長的天線寬達196英尺（60米）。 當金屬臂完全伸展開時，每顆衛星將長約94英尺，寬396英尺——使每顆衛星的“佔地面積”達到一個美國職業棒球大聯盟球場的大小。
在軌道上，四顆衛星將以金字塔形編隊排列，以便它們可以三維研究磁重聯事件。 衛星還配備了GPS系統，因此地面工程師可以知道衛星在100米範圍內的位置，並保持衛星彼此之間的距離在10公里以內。
衛星將在地球和太陽之間的一個稱為磁層頂的區域穿行：這是兩個天體的磁場線相遇的地方。 在兩次穿過磁層頂後，MMS衛星將採取更寬的軌道繞地球執行，到達夜側，並穿過一個稱為磁尾的區域。 這兩個區域是科學家希望MMS衛星能夠遇到磁重聯事件的地方。
西弗吉尼亞大學副教授保羅·卡薩克在2月25日美國宇航局的新聞釋出會上說：“重聯發生在太空中的一個非常小的區域 [...] 但它影響了太空中的一個巨大區域，即整個磁層，它有一百萬英里長。” “這使得研究變得極其困難。 就像宇宙版的‘大海撈針’。”
磁重聯事件有點罕見。 MMS儀器套件科學團隊的首席研究員伯奇在接受Space.com採訪時表示，MMS科學家預計不會每天都看到這種事件。
伯奇說：“我們真的不知道多久會看到一次。” “我們的要求是我們看到16個高質量的事件，我們預計看到的會遠遠超過這些。 也許大約每週一次。”
在今天的新聞釋出會上，伯奇說他已準備好讓MMS在收集資料時發現“一些驚喜”。 他代表MMS團隊發言時說：“我們認為我們擁有關於磁重聯的權威實驗。”
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