美国达特茅斯学院NASA资助CINEMA任务解析地球能源循环

由达特茅斯学院领导的一项任务目前已进入关键推进阶段，旨在揭示地球磁层中全球能量循环的奥秘——这一过程驱动着强烈的磁暴、爆发性亚暴以及绚丽的极光现象。

该任务名为“地球磁尾与极光的跨尺度调查”（Cross-scale Investigation of Earth’s Magnetotail and Auroras，简称CINEMA），于12月11日获得NASA批准，将进入为期10个月的第二阶段开发。此阶段将获得约2800万美元资助，主要用于飞行任务规划、操作设计及相关系统开发。任务由达特茅斯学院物理与天文学系的Margaret Anne与Edward Leede ’49杰出讲席教授Robyn Millan领导，并作为NASA太阳物理学“小探索者”计划的一部分推进。该计划旨在发展由九颗小型卫星组成的观测舰队，用于监测太阳与地球之间的能量与粒子交换。若第二阶段评估通过，CINEMA预计将于2030年前发射升空。

此次任务将由达特茅斯学院牵头组建跨机构研究团队，并由约翰·霍普金斯大学应用物理实验室负责整体管理。任务核心包括为九颗卫星中的三颗设计与建造科学仪器，用于收集地球等离子体层的结构与演化数据。这些仪器将部署于地球磁尾区域——即地球背向太阳一侧因太阳风作用形成的长条形磁场结构。该区域是能量蓄积与突发性释放的关键区域，对极光产生与空间天气具有决定性影响。

NASA在完成为期一年多的竞争性概念研究后，决定推进CINEMA任务。同期参与评估的另有三个小型探索者任务概念。

Millan教授指出：“地球磁层是太阳物理学中最具动态性的系统之一。CINEMA通过其多卫星组成的仪器星座，将首次实现对地球磁尾和极光的跨尺度协同观测。”

她进一步强调：“CINEMA采用的多航天器创新观测模式，将为我们提供前所未有的磁尾全景视角，从而开拓新的发现空间，显著深化人类对日地系统的理解。”

地球磁尾储存着大量能量，这些能量会定期以不同形式释放，将带电粒子抛射向地球大气，形成如北极光般绚丽的自然景观。Millan解释道，能量释放有时表现为缓慢平稳的过程，有时则呈突然爆发的形式。然而，磁尾储能与释能的触发机制与时机至今仍是未解之谜。

NASA总部太阳物理学部主任Joe Westlake在新闻稿中表示：“CINEMA任务将帮助科学家研究地球磁层中的磁场重联过程。这是理解为何某些空间天气事件——如引发绚丽极光或影响天地基基础设施的磁暴——具有显著影响的关键环节，而另一些事件则逐渐消散。”

达特茅斯学院物理与天文学系主任Ryan Hickox教授表示：“在Millan教授的领导下，我系非常荣幸能作为主导机构参与CINEMA任务。这一激动人心的项目延续了达特茅斯在空间与等离子体物理学领域的卓越传统，包括此前由Millan及其他教授领导的NASA任务。CINEMA将为理解地球磁层开启前所未有的窗口，并为达特茅斯的师生员工提供参与NASA前沿科学研究的宝贵机会。”

除了任务总体协调与管理，约翰·霍普金斯应用物理实验室将负责其中两台仪器的设计建造。第三台仪器则由加州大学伯克利分校空间科学实验室在Millan教授的指导下，与犹他州立大学空间动力学实验室合作开发。

应用物理实验室空间探索部主任Bobby Braun表示：“CINEMA将成为理解空间天气机制的重要工具。我们很高兴NASA认可CINEMA所能带来的科学价值，并期待与合作伙伴共同推动这一任务的实施。”