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保護地球的神秘護盾

地球周圍的宇宙，是一個不可見的粒子世界。地球被一層神奇的護盾包圍著。這層護盾由磁層、等離子體層和電離層等區域組成，它們共同構成了復雜的地球空間環境。這個環境充滿了運動的粒子、變化的磁場和無形的能量流，保護地球免受太空環境的威脅。

▲地球等離子體層 (Fei He et al. 2013, JGR)

在陽光的照射下，這些粒子會發生共振散射，特別是氦和氧離子會散射出波長為30.4nm和83.4nm的極紫外光。雖然肉眼無法看到這些光，但它們卻蘊含著豐富的信息，能夠幫助了解地球周圍環境的動態變化。

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觀測護盾的利器

鵲橋二號的極紫外相機就是為觀測這些特殊光線而設計的。它能同時觀測30.4nm和83.4nm兩個波段，給地球周圍的空間拍攝一系列特殊的“照片”。

這些"照片"可以展示地球空間環境的變化，科學家可以利用這些“照片”研究太陽活動如何影響地球空間環境，理解地球的磁場、電離層和等離子體層之間的相互作用，探索能量在這些區域間的傳輸過程。這些研究不僅具有科學意義，還有實際應用價值，可以幫助預測可能造成危害的空間天氣事件。

▲極紫外相機三維模型圖 圖片來源：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所

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精良的裝備：捕捉微弱光芒

中國科學院長春光學精密機械與物理研究所承擔了這臺極具挑戰性的儀器的研制任務。極紫外相機要觀測的極紫外輻射極其微弱，甚至比無月夜空的亮度還要低萬倍以上。為了捕捉這些稀少的極紫外光子，長春光機所的科研人員在設計上下足了功夫：

超靈敏成像系統：相機的成像探測器被加工成曲面形狀，這樣只需要采用一塊極紫外反射鏡就可以實現大視場清晰成像，減少光學元件數量，提高能量利用效率；曲面探測器是自主研發的單光子計數面陣探測器，它能夠探測單個光子，幾乎沒有背景噪聲，通過長時間曝光可以捕捉到極其微弱的信號。

▲曲面單光子探測器實物 圖片來源：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所

超光滑反射鏡：極紫外光的波長約為可見光的1/10，這就要求反射鏡表面必須異常光滑。科研人員采用了超光滑加工技術，使得反射鏡表面即使放大到覆蓋全中國的面積，也不會出現乒乓球大小的凹凸不平。

極紫外鍍膜：鏡面上還加了一層特殊的薄膜，它就像一個精確的過濾器，只允許30.4nm和83.4nm波長的極紫外光子通過，將其他波長的光阻擋在外。

▲超光滑極紫外多層膜反射鏡實物 圖片來源：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所

通過這些尖端技術，極紫外相機能夠捕捉到宇宙中極微弱的信號，為科學家們提供寶貴的數據。

鵲橋二號極紫外相機的工作，有望讓我們對地球空間環境的認識有一次質的飛躍。它將幫助我們深入了解保護地球的"隱形護盾"，探索太陽風與地球空間環境的相互作用，研究地球空間環境的演化過程。這些研究不僅能滿足人類對宇宙的好奇心，還能為更好地應對空間環境變化提供科學依據，更好地保護我們賴以生存的這顆藍色星球。

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