地球磁场中一种既令人眼花缭乱又可能对地面人员造成危险的宇宙现象，是一项新的科学任务的焦点，该任务计划于周四（3月12日）发射入轨。
磁层多尺度任务（MMS）由四颗卫星组成，将研究一种称为磁重联的过程：这种爆炸性现象会向地球方向释放强大的粒子爆发，可能损坏卫星。但磁重联也是极光——地球两极附近的北极光和南极光——的成因。 美国宇航局的一个新视频详细解释了MMS任务。
MMS是唯一专门研究磁重联的仪器，科学家表示，它最终可能揭示这种现象是如何发生的。该任务需要精心设计的四颗独立卫星在地球轨道上排列，将它们放置在地球家门口发生的磁重联事件的路径中。[美国宇航局磁层多尺度任务图片]
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美国宇航局太阳物理学部临时主任杰夫·纽马克在2月25日的新闻发布会上说：“[MMS]实际上将飞入地球磁层，即地球周围的这种保护性磁环境。” “我们正在利用地球周围的这个环境作为一个天然实验室。 我们将前往磁重联实际发生的太空，而不是在地球上建造一个实验室，这样我们就可以了解它。”
您可以观看MMS卫星于周四发射，美国宇航局的网络直播于美国东部时间晚上 8:00（格林威治标准时间 3 月 13 日 00:00）开始。 升空时间定于美国东部时间晚上 10:44（格林威治标准时间 3 月 13 日凌晨 2:44），由一枚无人宇宙神V型火箭搭载升空。 美国宇航局将于今天美国东部时间下午 1:00（格林威治标准时间 17:00）举行科学简报网络直播，讨论该任务。
游荡的磁场线
虽然过去的太空任务也记录了一些关于磁重联的数据，但根据美国宇航局的一份声明，MMS是第一个专门用于研究这种现象的太空任务。 它收集数据的速度将比以往任何观测过太空磁重联的任务快100倍。 耗资11亿美元的MMS任务是在位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心建造和测试的。
磁场遍布宇宙。 行星、恒星、星系、黑洞和许多其他天体都会产生磁场线，这些磁场线可以像藤蔓一样紧紧地缠绕在它们的母体周围，或者松散地漂浮在太空中。
磁场线一端连接到磁铁的正极，另一端连接到负极，通常是环状的。 有时，磁场线会像橡皮筋一样断裂，然后迅速重新形成环。 磁场线的断裂和重连，也称为磁重联，会释放出巨大的能量爆发，有时会将附近的粒子加速到接近光速。
MMS首席研究员吉姆·伯奇在3月10日的新闻发布会上说：“磁能在重联事件中究竟是如何消失的，这完全是未知的。”
当磁重联发生在太阳中时，它会产生从表面爆发的太阳耀斑。 它还会引起日冕物质抛射，其中太阳耀斑会喷射出粒子风暴，这些风暴会向外冲向太空——有时会直接冲向地球。 地球自身的磁场保护地面上的人们免受这些粒子风暴的侵袭，但轨道卫星有被损坏的风险。
磁重联也发生在离地球更近的地方：太阳的磁场线一直延伸并漂移到水星和金星之外（在那里它们有时被称为行星际磁场线），一直到地球的家门口。 这些磁场线撞击地球的保护性磁场——磁层——导致一些磁场线断裂并重连。
在某些情况下，磁层附近的磁重联会将粒子抛向地球大气层，并产生地球上最令人惊叹的自然现象之一：极光。 但磁重联也会产生地磁暴，将电涌向下传输到地面并进入电网，可能导致电网短路并造成停电。 这些强粒子阵雨也可能对轨道上的宇航员构成辐射危害。
从事MMS研究的科学家们想要了解这种美丽而危险的现象是如何发生的。
卫星之舞
MMS由四颗卫星组成，每颗卫星重3,000磅（1,360公斤）。 在发射准备阶段，这些4英尺高、12英尺宽的八角形卫星被堆叠在一起，并放置在联合发射联盟宇宙神V型火箭顶部的保护壳内。[美国宇航局MMS卫星工作原理（信息图）]
一旦卫星进入轨道，每颗卫星都将展开一系列吊杆或天线，其中最长的天线宽达196英尺（60米）。 当金属臂完全伸展开时，每颗卫星将长约94英尺，宽396英尺——使每颗卫星的“占地面积”达到一个美国职业棒球大联盟球场的大小。
在轨道上，四颗卫星将以金字塔形编队排列，以便它们可以三维研究磁重联事件。 卫星还配备了GPS系统，因此地面工程师可以知道卫星在100米范围内的位置，并保持卫星彼此之间的距离在10公里以内。
卫星将在地球和太阳之间的一个称为磁层顶的区域穿行：这是两个天体的磁场线相遇的地方。 在两次穿过磁层顶后，MMS卫星将采取更宽的轨道绕地球运行，到达夜侧，并穿过一个称为磁尾的区域。 这两个区域是科学家希望MMS卫星能够遇到磁重联事件的地方。
西弗吉尼亚大学副教授保罗·卡萨克在2月25日美国宇航局的新闻发布会上说：“重联发生在太空中的一个非常小的区域 [...] 但它影响了太空中的一个巨大区域，即整个磁层，它有一百万英里长。” “这使得研究变得极其困难。 就像宇宙版的‘大海捞针’。”
磁重联事件有点罕见。 MMS仪器套件科学团队的首席研究员伯奇在接受Space.com采访时表示，MMS科学家预计不会每天都看到这种事件。
伯奇说：“我们真的不知道多久会看到一次。” “我们的要求是我们看到16个高质量的事件，我们预计看到的会远远超过这些。 也许大约每周一次。”
在今天的新闻发布会上，伯奇说他已准备好让MMS在收集数据时发现“一些惊喜”。 他代表MMS团队发言时说：“我们认为我们拥有关于磁重联的权威实验。”
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