美科学任务聚焦地球隐形“粒子甜甜圈”
美科学任务聚焦地球隐形“粒子甜甜圈”
科技日报北京5月5日电 （记者张梦然）据美国国家航空航天局（NASA）官网最新消息，该局正式宣布一项名为“风暴期氧离子环电流成像演化”（STORIE）的全新科学任务，将聚焦地球周围一个长期未被完全揭示的隐形结构——环电流。这个由带电粒子构成的巨大“甜甜圈”状区域，虽不可见，却深刻影响着地球的空间环境和人类科技系统。而STORIE将逐步拼合出环电流的全球动态图像，为构建更可靠的近地空间防护体系提供支撑。
地球环电流是位于范艾伦辐射带内侧的一个环形带电粒子区域，其形态类似甜甜圈，与外层辐射带在空间上有部分重叠，但粒子能量更低。它由沿相反方向流动的正、负带电粒子组成，形成的电流强度变化直接关系到地球如何应对太阳风暴的冲击。在强太阳活动期间，环电流的剧烈扰动可引发磁暴，导致地面电网过载、输油管道腐蚀、卫星导航信号失准甚至提前坠落等。尽管其影响深远，但由于粒子本身不发光且受地球紫外线干扰，传统观测手段难以清晰捕捉其全貌。
以往类似任务多采用“自上而下”的俯视视角，易受地球反照紫外光干扰，尤其在赤道区域分辨率有限。STORIE则采取创新性的“由内而外”观测策略，仪器安装于空间站外部，背向地球、面向深空进行扫描。这一视角有效避开地球光亮干扰，专注于探测从环电流中逃逸的高能中性原子。这些原子原本是环电流中的带电粒子，在与地球高层大气碰撞获得电子后变为电中性，从而挣脱磁场束缚飞向太空。STORIE通过分析这些逃逸原子的速度、方向与能量分布，反向重构环电流的三维结构与动态演化。
此次任务的一大科学突破点在于追踪环电流粒子的来源。长期以来，学界对环电流的主要物质来源存在争议：一方认为来自太阳风的直接注入，另一方则认为主要来自地球大气层离子的外流。STORIE的关键优势在于其对氧离子的高灵敏度探测。由于太阳风中几乎不含氧元素，若观测到大量氧离子，即可证明环电流的重要“燃料”源自地球大气。这一机制类似于判断湖泊水源——是来自远方的稳定河流（太阳风），还是本地降雨汇聚（大气离子）。明确来源将有助于改进空间天气预报模型。
STORIE仪器目前已安装在由美国太空军与NASA合作的太空测试计划休斯顿11载荷上，待搭乘SpaceX第34次货运补给任务前往国际空间站，并部署于国际空间站实验舱外侧，开展为期6个月的观测。