image: 从月球表面观测磁层任务设计概念 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
太阳活动是影响地球空间天气的重要驱动因素。太阳风挤压或拉伸地球磁层、与近地空间环境耦合，引起地磁扰动和带电粒子的剧烈变化，严重干扰地球通信、导航和航天技术系统的正常运行，危及人类空间活动。从全局视角观测地球磁层可以提高人类对太阳风-磁层相互作用动力学过程的认识。月基软X射线成像仪(Lunar-based Soft X-ray Imager, 简称“LSXI”)将首次通过对弓激波、磁鞘区、磁层顶和极尖区等区域的同时连续观测，监测太阳风作用下的空间天气演化过程。
研究相关论文题为“月基软X射线成像仪——对地球磁层的全景观测(A Lunar-based Soft X-ray Imager (LSXI) for the Earth’s magnetosphere)”，为《中国科学：地球科学》2021年第7期封面文章，由中国科学院国家空间科学中心王赤院士担任通讯作者。研究者提出以月球科研站为平台，配置一台具有宽视场和高分辨观测能力的软X射线成像仪——月基软X射线成像仪，以实现对地球磁层的全景成像。
在过去的半个世纪，倚靠磁层观测卫星，我们对磁层的结构和物理演化过程有了革命性的认识。目前我们的认知主要来自于卫星的就地观测和相关理论模型。例如，Cluster和“双星”等任务提供了关于磁层等离子体的重要信息。然而由于探测点数量有限，很难全面揭示相关的物理过程。
近年来，一种新型软X射线成像技术受到了研究者的关注，其成像原理受到龙虾眼结构的启发。这种新型成像仪是具有光谱分辨能力的宽视场软X射线望远镜。未来该技术将成为研究地球空间环境的有力工具。
我国在成功实施探月工程前三期任务之后，正制定第四期任务的研究计划。在此背景下，作者团队提出了月基软X射线成像仪任务概念(图1)。利用月球观测位置的优势，LSXI将使用最先进的成像技术对地球磁层全景图像进行长时间的连续观测。此外，结合天基和地基探测数据，其观测结果将给磁层物理研究带来深刻启发，并将应用于空间天气灾害性事件的预报和应对。该任务由中国科学院国家空间科学中心牵头，国内外合作机构共同承担，包括英国伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室、英国莱斯特大学等，计划于2027年发射。
与其他轨道观测方案相比，月球平台有许多优点。首先，月球与地球同步自转，月球总是同一面朝向地球，在朝向地球的一面放置成像装置有利于实现对磁层的连续观测；其次，月-地距离约38万公里(60RE)，因此LSXI视场可覆盖几乎整个向阳侧磁层顶区域，使监测全景太阳风-磁层相互作用的动态过程成为可能；第三，有别于卫星平台较短的寿命，月球是一个稳定的观测平台。这就使得月基观测能够覆盖一个或多个太阳活动周期。
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Science China Earth Sciences