太阳和空间物理新调查报告:研究太阳系的秘密

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人类一直没有停止探索太空秘密。当地时间12月5日，美国国家科学院（NAS）发布了2024年至2033年太阳和空间物理十年调查报告，主张NASA（美国国家航空航天局）、美国国家科学基金会（NSF）及美国国家海洋和大气管理局（NOAA）进行一项建设地面与太空设施的计划，研究太阳及其与地球的相互作用。同时这份报告也呼吁美国政府为太阳系的研究提供额外资金。美国西南研究院研究员史蒂芬·菲斯利尔（Stephen Fuselier）表示：“如果太阳和空间物理学在未来十年缺乏进展，人类将无法预测并减轻极端天气带来的影响，后果将是毁灭性的。”

“非常重要的报告”

当地时间12月5日，NAS发布了2024年至2033年太阳和空间物理十年调查报告，概述了一系列航天机构需要在太阳系展开的首要研究任务。该报告参考了科学界的450篇论文及演讲。纵观之前的调查报告，它们为众多科学家提供了切实可行的科学目标。2020年2月，NAS发布的太阳和空间物理十年调查中期评估报告提出了一系列建议，包括“NASA应采取必要步骤，在未来3年内为‘地球空间动力学星座’（GDC）任务确定具体的任务结构及实施方案”。2021年，科学院将“寻找类似地球的系外行星、发掘宇宙中最秘密星体以及增加对太阳系诞生和形成的认知”列为天文学的首要任务。2022年，科学院又将“天王星探测”列为最优先任务；2023年，科学院强调“在地球外发现人类宜居星球”的重要性。

在今年的报告中，NAS对追踪太阳系的动态环境和更好了解太阳系中的恒星提出了具体建议。报告建议NASA执行两项重要任务：其中一个任务名为“Links”，主要任务为在多个轨道上搭载20多个航天器，研究太阳系中星体磁层及其动力学。报告建议在2027年开始开发“Links”，发射时间不早于2035年，估计费用为18.6亿美元。另一项任务是发射太阳极轨道飞行器，它将在木星和地球重力辅助的影响下进入围绕太阳极区的高倾角轨道。这项任务于2029年开始工作，2037年发射，预计费用为20.8亿美元。事实上，NASA的另一个任务“尤利西斯号”（Ulysses）就在研究太阳的性质，加深对太阳风、太阳极区以及行星际磁场等方面的探索。西南研究院研究员史蒂芬·菲斯利尔表示，虽然“尤利西斯号”飞越了太阳两极，但它没有成像能力。报告中提及的这两项任务将用来研究太阳两极磁场的行为，“这对于理解太阳活动的循环行为至关重要”。

随着人工智能的发展，报告称未来太空天气系统的建模也将利用AI。具体来说，机器学习驱动的太阳表面模型可以更好预测恒星表面的喷发；AI程序也可以快速完成数据同化，从而加快探索太阳系的速度。报告还建议NSF制定太空天气战略计划，并与美国国防部合作开发预测性太空天气模型。所谓的太空天气是一种动态现象。太空天气会产生电磁场，在电线中感应出极端电流，破坏电力线，甚至导致大面积停电。恶劣的太空天气还会产生太阳高能粒子，这些粒子会损坏用于商业通信、全球定位、情报收集和天气预报的卫星。“太阳和空间物理学领域现在正处于一个关键时刻，我们有机会在未来几年里进行一些真正令人兴奋的科学研究——这不仅是为了科学本身，也是为了大大提高我们对诸如太空天气之类的事物的理解。”达特茅斯学院（Dartmouth College）天文学家罗宾·米兰（Robyn Millan）说道。

需要政府更多支持

菲斯利尔在夸赞这份报告的实用性之外，也强调“要想取得实质性进展，需要政府进行适度的额外投资”。报告建议NASA的太阳物理学预算在2024财年为8.05亿美元，但提议在2025年减少到7.867亿美元，到2026年再增加到10亿美元。它还建议NASA将2026年之后每年的预算增加8.25%，到2033年达到17.4亿美元。然而根据报道，NASA在计划上的反复无常让美国政府对它不信任，在财政拨款上犹豫不决，比如其GDC项目。在这个项目里，NASA使用一组小型卫星，犹如地面上的天气传感器，以跟踪电离层的电流和气流。通过更好地了解电离层电流的影响因素，科学家将会更好预测前述干扰所引发的严重问题。NASA在2024财年预算提案中将这个项目推迟三年，又在2025财年提案中彻底取消这个项目。参议院对NASA取消GDC项目持批评态度，目前国会尚未通过2025年拨款法案。

GDC面临的困难引发了人们的质疑——NASA是否可以完成任务。如果按照预计的通货膨胀率增长来看，NASA无法完成美国科学院提出的所有建议。“预算确实是一个问题。我们拥有伟大的科学技术，但我们的计划也需要额外投资。更重要的是，虽然GDC的中止让人惋惜，但总有一些计划更重要。”米兰说道。

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