NASA PUNCH任務：用8000英里的虛擬望遠鏡追蹤太陽風暴

美國國家航空暨太空總署（NASA）即將啟動一項名為PUNCH的任務，透過四顆小型衛星組成的網路，深入研究太陽的日冕與太陽風。這些衛星將共同運作，形成一個大型的虛擬儀器，提供更清晰的三維視角，讓我們能更精準地觀測太陽風暴與太空天氣。這項創新技術有望徹底改變我們預測和應對影響地球的太空天氣事件的方式。

這四顆小型衛星，每顆約為手提箱大小，預計最早於2月28日從加州范登堡太空軍基地發射升空。這些衛星由位於聖安東尼奧的西南研究院（SwRI）設計與建造，是NASA「日冕與太陽風統一偏振儀」（PUNCH）任務的一部分。它們將與NASA的「宇宙歷史、再電離時期與冰探測光譜儀」（SPHEREx）觀測站一同進入太空。

PUNCH任務將研究太陽的日冕（太陽的外層大氣）以及充滿並定義我們太陽系的太陽風，將其視為一個統一的系統。SwRI太陽系科學與探索部門的首席研究員Craig DeForest博士表示，過去由於使用不同儀器來觀測這些區域，這樣的整合研究並不可行。PUNCH將幫助我們更全面地理解日冕在加熱與加速太陽風過程中的作用，而太陽風則會影響地球及太陽系中的其他行星。

發射後，PUNCH衛星群將沿著地球的晝夜分界線展開，確保衛星始終處於陽光照射下，並能全方位觀測。DeForest博士解釋道，為了獲取所需資料，他們需要一個與地球大小相當的儀器，但這並不可行。因此，他們選擇使用四顆小型衛星，同步運作並分散在地球周圍，形成一個寬達8000英里的虛擬儀器，專注於觀測以太陽為中心的四分之一天空。

其中一顆衛星搭載了由美國海軍研究實驗室開發的窄場成像儀，可持續拍攝太陽日冕的影像。另外三顆衛星則配備了SwRI開發的廣場成像儀，專門用於觀測日冕最外層的微弱部分以及太陽風本身。

DeForest博士強調，PUNCH將讓「看不見的變得可見」。廣場成像儀中的深層遮光板能將直射陽光減少超過16個數量級，相當於人類質量與感冒病毒質量的比例。接著，地面上的先進處理技術會移除每張影像中超過99%的背景星光，從而揭示太陽風的微弱光芒。

每顆衛星都配備了由RAL Space開發的相機，每四分鐘透過三種不同的偏振濾鏡拍攝三張原始影像。此外，每顆衛星每八分鐘還會拍攝一張未偏振的清晰影像，用於校準。這種全新的視角將讓科學家能夠精確辨別日冕物質拋射的軌跡與速度，從而改進現有儀器只能測量日冕本身而無法進行三維運動測量的侷限。

DeForest博士指出，雖然PUNCH是一項研究任務，但它將能夠三維追蹤接近地球的太空風暴或日冕物質拋射，這對於預測太空天氣及其對我們這個太空探索社會的影響至關重要。他期望PUNCH能像地球同步衛星徹底改變地球天氣預報一樣，為太空天氣預報帶來革命性的進步。

NASA的「小型探索者」（SMEX）計畫為突破性的太空科學任務提供了頻繁的機會，並在太陽物理學與天體物理學領域採用了創新且成本效益高的方法。作為PUNCH任務的主導機構，西南研究院（SwRI）也將負責這四顆衛星的運作。PUNCH團隊還包括開發窄場成像儀的美國海軍研究實驗室，以及提供可見光相機檢測系統的英國牛津郡RAL Space。