PUNCH 是美國宇航局的一項大膽的新任務，它利用四顆手提箱大小的衛星協同工作，成功地從軌道上拍攝了第一張太陽日冕圖像。這些靈活的太空船將捕捉外層太陽大氣如何轉化為太陽風——一種塑造我們太陽系的動態力量。憑藉先進的成像技術和水力推進器，PUNCH 正在不斷突破太空技術和太陽科學的極限。

這張由PUNCH/WFI2（上圖）和PUNCH/NFI（插圖）於2025 年4 月14 日拍攝的首張影像合成圖展示了視野是如何相互銜接的。當NASA 的四艘太空船完全部署後，它們將協同工作，觀測一個90° 的視野。圖中已確定星座以顯示視場的大小。由西南研究院(SwRI) 領導的PUNCH 任務在儀器調試期間獲得了這些首張圖像，表明相機對焦準確、運行正常，並捕捉到了在“正午”太空強光照射下“夜晚”天空的深場圖像。圖片來源：NASA/西南研究院/海軍研究實驗室

由美國西南研究所(SwRI) 領導的「統一日冕和日球層偏振儀」（PUNCH）任務於3月11日發射升空進入地球極地軌道後，拍攝了首批影像。該任務由四顆緊湊型、手提箱大小的衛星組成，它們協同工作，形成一個覆蓋8000英里（約12000公里）的虛擬儀器。其目標是拍攝日冕（太陽外層大氣）的圖像，並追蹤其如何轉變為太陽風——塑造我們太陽系的連續帶電粒子流。

「我們在4月14日打開了近場成像儀（NFI）和一台廣角成像儀（WFI）的儀器門，」PUNCH首席研究員、位於科羅拉多州博爾德的西南研究院太陽系科學與探索部門的Craig DeForest博士說道。 “4月16日，另外兩台WFI也打開了儀器門，並收集了首批光驗證圖像。所有四台儀器均按設計運行。我們很高興能夠完成在軌調試，並讓這些相機協同工作。”

2025年4月14日，由西南研究院（SwRI）領導的PUNCH任務打開了兩台儀器的門，收集了這張首張光影影像，並證明相機對焦準確、運作正常，並捕捉到了在「正午」太空強光照射下「夜空」的深場影像。圖中可見幾個熟悉的星座，包括金牛座（圖片中上部偏右）和昴宿星團（右上）。柔和的彌散光輝是“黃道光”，它閃耀著圍繞太陽運行的微小塵埃顆粒的光芒。圖片來源：NASA/西南研究院

PUNCH衛星群包括一顆搭載NFI日冕儀的衛星，該儀器由美國海軍研究實驗室（NRA）建造，可提供日冕的連續影像。另外三顆衛星則搭載WFI日冕成像儀（由西南研究院（SwRI）開發），旨在捕捉來自最外層日冕和太陽風本身的極其微弱的光線。

稀薄的太陽風以每小時超過一百萬英里的速度從太陽湧出，其特徵亮度還不到銀河系背景的0.1% 。 PUNCH原始影像主要包含恆星和「黃道光」——一種在太陽系內部繞太陽運行的塵埃霧。要消除星場和黃道光，同時保留極其微弱的太陽風訊號，需要格外小心，因為即使是最微小的偽影或校準誤差都會淹沒太陽風訊號。

美國太空總署的「統一日冕和日光層偏振儀」（PUNCH）任務是由四顆低地球軌道小型衛星組成的衛星群，將對日冕進行全球三維觀測，以了解日冕的質量和能量如何轉化為太陽風。圖片來源：NASA

該航太器目前正處於為期90天的調試期，由西南研究院的任務運作中心負責運作。之後，科學任務將於2025年6月啟動，科學運營中心將開始處理數據，並與NASA和世界其他地區共享。

「在整個調試階段，PUNCH 團隊一直在校準NFI 數據，以消除99% 的光線，從而以驚人的細節顯示從太陽外層大氣中流出的物質，」DeForest 說。 “三張WFI 的’首照’圖像顯示了星場，但最終目標是消除星場和其他背景光，並保留太陽風傳播到地球時的微弱光亮。”

在調試期間，「PUNCH」也示範了新型水力驅動、小玻璃杯大小的火箭引擎。為了驅動發動機，每個太空船都會電解水，積聚少量高壓氫氣和氧氣，然後將其作為燃料燃燒。每次循環都會產生約每秒一英寸（2厘米/秒）的“衝擊”，足以校正微小的軌道偏移並保持星座穩定。

「PUNCH是首個依賴此類引擎的太空任務，它攜帶安全、惰性、無毒的推進劑，」德福雷斯特說。 “儘管推進器比傳統的肼火箭更複雜，但這種安全性和穩定性是值得的。”

在任務過程中，每顆衛星都需要可靠且重複地點火數百次推進器。 4月2日，作為調試的一部分，WFI-2航天器演示了其前三次充能點火循環，在與其他PUNCH航天器漂移以到達最終位置的過程中，改變了其相對於其他PUNCH航天器的軌道速度——彼此之間的距離為地球軌道的三分之一。

每台儀器內部都配備了一台由RAL Space公司研發的太空級科學級相機，每四分鐘將透過三種不同的偏光濾鏡收集三張原始影像。這個新視角將使科學家能夠辨別日冕物質拋射穿過太陽系內部時的精確軌跡和速度，從而改進目前只能測量日冕本身、無法測量三維運動的日冕儀。

PUNCH（統一日冕和日光層的偏振計）任務是由美國國家航空暨太空總署（NASA）資助、西南研究所領導的計畫。其目標是研究太陽外層大氣——日冕——如何轉變為太陽風——一種流經太陽系並影響太空天氣的帶電粒子流。

該任務使用由四顆小型衛星組成的衛星群，每顆衛星大小與手提箱相當，它們在軌道上作為單一儀器協同工作。其中一顆衛星搭載日冕儀，用於對明亮的內日冕進行成像；另外三顆衛星搭載廣角成像儀，用於捕捉外日冕和太陽風的微弱延伸結構。透過整合四顆衛星的數據，PUNCH 將創建太陽大氣向太空擴張的連續影像，幫助科學家更好地理解太陽的動態及其對地球的影響。

編譯自/ scitechdaily