与星同在
Dr. Tony Phillips
译自Science@NASA，2008年8月19日
2008年8月19日：当你早上醒来后，发现整个行星都被一颗恒星的大气吞没，你会觉得怎么样？
起床，向窗外看去。极光沿地平线舞动。暗色的太阳黑子在头顶劈啪作响，而每次轻响的威力都胜过一颗核弹爆发。电视上，气象预报员在警告着宇航员，“太阳耀斑即将爆发”，虽然他并不知道具体时间。过了一会儿，卫星信号开始闪烁不定。
这是在哪里？
欢迎来到地球。
NASA与星同在（Living with a Star，LWS）计划的负责人Lika Guhathakurta说：“这是事实。我们在太阳的大气之内生活。”
右图：阿波罗17号的宇航员拍摄的地球。更多请点击（图片提供：NASA）
第一眼看上去，太阳是正午天空中相当沉默的明晰圆球。但我们所见的边缘只是个开始。太阳有着炽热而狂乱的大气，名叫“日冕”，从太阳表面开始延伸，越过地球，直到冥王星甚至以外的地方。几乎无法看到日冕，只有在日全食的时候才可以，但它确实存在。
与任何完全的大气一样，日冕有天气变化，而且很频繁。那里有着十亿吨级的日冕物质抛射、高能辐射风暴，以及无休止地吹动的太阳风，速度可以达到每小时上百万英里。太阳系的每颗彗星、小行星和行星都暴露在这些东西之下。
ESA/NASA合作的太阳和日球层探测器（SOHO）记录下的一次日冕物质抛射，也就是“CME”。更多请点击（图片提供：NASA）
我们的行星比大多数所受到的防护都要好。我们有厚厚的大气层以及全球性的磁场，可以阻止住空间天气。实际上，如果我们呆在地球上，太阳的天气系统几乎不会影响到我们，导致的影响也不会比偶然的电力损耗或是无线电中断更严重。
而这里就有个问题了：
Guhathakurta说：“我们现在不是一直呆在地球上。文明要向太空扩展。”
超过500颗现役卫星正环绕地球运行。我们依赖它们完成电视广播、电话、互联网、GPS导航以及天气预报工作。所有这些面对空间天气都是很脆弱的。国际空间站位于地球磁场之内，因此可以受到一定程度上的保护。但前往月球以及火星的未来宇航员是在磁泡之外的。他们的航天器要与太阳大气直接接触。
NASA的与星同在计划始于2001年，目的是解决这一现实问题。Guhathakurta说：“如果我们要在太阳的大气之内生活，我们需要对其了解更多——尤其是风暴的预报方法。”
基本策略与地球上的天气研究类似：“我们将发射一系列的‘气象站’，也就是观测太阳大气不同方面的航天器。”LWS由5项当下研发进度不同的计划组成。它们将一起包围太阳，以前所未有的方式探索太阳。
#1、太阳动力学观测站（The Solar Dynamics Observatory，SDO） Guhathakurta说：“要做好准备，接收一些让人掉下巴的图片。”观测站上搭载的照相机将为太阳黑子与耀斑拍摄HDTV级的照片，以空前的精度揭示太阳风暴的爆发。
右图：SDO在NASA的空间环境模拟器上接受测试。大图请点击（图片提供：NASA）
不过只有图片并不能讲述完整的故事。NASA的太阳物理学家Alex Pevtsov解释道：“太阳活动有点类似于木偶剧。如果你想了解木偶的活动，你需要观察悬线。在太阳上，‘不可见的悬线’是磁场，它们穿过太阳的大气，引导着热量的流动，谱写出巨大的爆发。SDO可以绘制出详尽的太阳磁图，让所有人可以一睹悬线所在。”
但是谁（或者是什么东西）在拉动悬线呢？Pevtsov说：“那可能是太阳的磁场发电机。它隐藏在太阳的表面以下。”幸运的是，SDO也可以看到那里。这一技术叫做日震学成象。通过监视太阳表面的震动，SDO可以探测星体内部，这类似于地质学家利用地震产生的地震波来探索地球内部情况。这样，任务科学家希望能描绘出太阳内部磁场发电机的涨落，这是所有太阳活动的根源。
进展报告：SDO已经建成，基本已就绪。“现在，SDO正在热真空室中进行测试，为前往太空的艰难征程作准备。”
#2、太阳探测器+（Solar Probe Plus） “这也许是所有计划中最激动人心的一个了。”这是一架耐热探测器，设计目标是进入太阳大气深处，并在这里为太阳风和磁场实时采样。“没有哪架探测器曾经象太阳探测器+这样飞到过这样靠近太阳的地方，这里距离太阳表面只有700万千米。这是未被探测过的领域，我们希望前往这里能让我们了解大量关于太阳大气的东西。”
太阳的模拟图象，描绘了太阳探测器+多次近距离飞越太阳的轨迹。全文请点击 大图请点击（图片提供：NASA）
进展报告：仍处于设计初期，NASA总部将该阶段称为“阶段A”。预计它最早于2015年发射。
#3、太阳哨兵（Solar Sentinels） Guhathakurta说：“我们将包围太阳。”装备精良的三架NASA探测器以及第4架来自欧洲空间局（太阳轨道器）的探测器将首次提供太阳活动的正宗全球图象。“想象以下，只观测地球的一面，就去搞清楚地球的天气变化。这是不可能的！但这正是我们研究太阳的现状。”从地球可见的一面限制了对太阳天气以及气候的研究——而这是太阳哨兵将克服的问题。
进展报告：“我们刚刚完成了科学技术定义小组报告，这给出的是太阳哨兵的整体方针。”发射预计不会早于2015年。
下图：艺术家笔下的辐射带风暴探测器。（图片提供：NASA）
#4、辐射带风暴探测器（The Radiation Belt Storm Probes） Guhathakurta宣称，“如果不了解对地球的作用，用不着去研究太阳。”这一计划研究的的至关重要的日地关系。太阳大气的一缕可以被地球磁场束缚到辐射带之内，高能粒子在这里等待着试图脱离地球甚至只是环绕地球运行的宇航员或卫星。辐射带风暴探测器（包括两架）将探测这些区域，发现它们受空间天气影响的分布以及能量获取过程。
进展报告：两架探测器正在约翰霍普金斯应用物理实验室建造，预计发射时间不会早于2011年。
#5、电离层—热层风暴探测器（The Ionosphere - Thermosphere Storm Probes） 另外两架探测器将环绕地球运转，研究地球的高层大气，这样空气与太阳的紫外线辐射进行着“第一次接触”。这是带电粒子强烈影响无线电波的地方，影响着几乎所有形式的长途通信以及GPS导航。这也是大气对太阳紫外线加热的变化作出反应吸入呼出的地方。向外的呼出可以将卫星包住并拖拽下来，而向内的吸入会减少拖曳作用。电离层—热层风暴探测器可以监测该层大气对所有类型的太阳风暴的反应。
进展报告：Guhathakurta说：“这是一个重要的计划，但尚未取得资金支持。现在我们手头在忙于其他工作。”
实际上，当你与一颗恒星同在之时，可以做的事情有许多。
