6月8日，美國國家航空航天局(NASA)發布消息稱，原定於美國時間6月14日升空的電離層連接探索(ICON)衛星將推遲發射。按照計劃，這顆衛星將對地球天氣和空間天氣相互作用的區域——電離層進行更深入的探測，使人類加深對它的了解。
太陽活動影響下的電離層
太陽物理是天文學研究的重要分支。一方面，太陽是距離我們最近的恆星，我們可以使用各類探測手段對太陽實施高解析度、高靈敏度的觀測，從而對恆星的形成、演化、內部結構和外層大氣獲得比較典型而深入的認識。另一方面，太陽物理的研究對服務人類自身的活動也有重要的意義：太陽活動會造成地球附近空間環境的顯著變化，進而影響航天、通信、導航、供電等人類活動。而地球附近的電離層，則恰好處在了太陽活動所影響範圍和地球大氣變化所影響範圍的交界處。
在處於地面60—1000公裡的範圍內，在太陽極紫外和軟X射線波段輻射的作用下，地球大氣的分子和原子中的電子掙脫了離子的束縛而電離，大氣中出現了帶電荷的離子和電子，從而形成了電離層。
電離層的變化在很大程度上是由太陽活動控制的。例如，在地球朝向太陽的日側和背向太陽的夜側，電離層的性質有著較大的不同。當太陽耀斑發生時，太陽極紫外和射電波段的輻射將會增強，對各個高度的電離層電子密度產生不同程度的影響，誘發電離層騷擾。
當日冕物質拋射等太陽擾動事件到達地球，引發地磁暴等地球磁場劇烈變化的現象時，磁場變化產生的電場可以沿著磁力線傳輸到電離層所在位置，引發電離層的擾動。在太陽活動高年時，太陽上的黑子數達到11年活動周期中的極大值，耀斑和日冕物質拋射等現象的發生頻率增大，電離層受到太陽活動影響的頻率和程度也就更高。而在太陽活動低年，隨著黑子數量的減少，太陽活動逐步趨於平靜，電離層因太陽活動而出現的擾動也會隨之減弱。
由於電離層的等離子體頻率覆蓋了長波、中波和短波無線電通信頻率範圍，因此電離層變化對這些波段的無線電傳播有很大的影響。GPS、北鬥等導航系統的衛星導航信號從衛星到地面的傳輸時間與電離層的變化密切相關。一旦電離層參數發生變化，導航信號的傳播時間延遲也會相應地發生變化，從而對定位導航的精度產生影響。
四大利器共同尋找新規律
隨著對電離層研究的深入，科學家們發現電離層以下的中性大氣變化也會對電離層產生影響。為了對電離層的變化規律有更深入的認識，NASA實施了ICON探測計劃，希望通過發射一顆新的電離層探測衛星來獲取對電離層變化的新認識。
為了完成探測任務，ICON探測器上搭載了四臺探測儀器，其中三臺儀器對大氣中的氣輝現象進行遙感觀測，而另一臺儀器則對探測器所在位置的物理參數進行實地探測。
氣輝是中高層大氣中的一種發光現象，其基本原理與我們耳熟能詳的極光類似：地球大氣的分子和原子吸收了太陽的電磁輻射後被激發到了較高的能態，之後從高能態到低能態躍遷的過程中就會發出波長一定的光線。與極光相比，氣輝的亮度要暗弱很多，所以很難被人們的肉眼察覺，一般只能藉助高靈敏度的科學儀器進行研究。然而，相比只能在南北兩極附近觀察到的極光，氣輝的分布卻更加廣泛，在各個經緯度的中高層大氣中都會出現。
ICON探測器上負責探測大氣速度的儀器為全球熱層高分辨成像麥可遜幹涉儀(MIGHTI)。
以往的太空探測任務中，類似儀器需要調整組件間的距離，來對不同波長的信號進行逐個的探測。而MIGHTI採用的新設計使其可以同時探測不同波長的光信號，精度也獲得了相當的提升。對於大氣中的風場探測，MIGHTI的探測經度可達10英裡/小時(約16公裡/小時)。
ICON上搭載的遠紫外光譜儀(FUV)通過對夜間發生的氣輝現象的探測，確定氣輝所在位置的密度信息。這臺儀器採用了全新的圖像處理技術，來增加圖像的清晰度。ICON與地面通信的帶寬使得FUV每12秒才能下傳一幅觀測圖像。然而，在12秒的過程中，探測器已經在軌道上飛速移動了數百公裡。科學家們感興趣的氣輝現象的空間尺度一般在幾公裡左右，如果FUV儀器每12秒才獲取一幅觀測圖像，那麼這些現象將無法分辨。為此，FUV在實際工作中，每秒會拍攝8幅圖像，在12秒的時間內總共獲取96幅圖像。通過衛星上搭載的計算機，ICON會根據每幅圖像生成時衛星所處的具體位置對96幅圖像進行修正融合，最終生成一幅高解析度圖像傳回地球。當衛星觀測的區域處於日光照射下的半天時，與FUV類似的探測任務則由ICON的另一臺極紫外光譜儀(EUV)來完成。
從宏觀到微觀的多研究視角
在ICON在軌探測的過程中，另一臺名為全球尺度臂盤觀測器(GOLD)的儀器將會和它一起，幫助科學家們進一步探索電離層的奧秘。GOLD並非一臺獨立的科學探測衛星，而是搭載在一顆商業衛星上的科學儀器。搭載GOLD的衛星定軌於西半球上空的地球同步軌道，高度約為35000公裡。在這裡，GOLD每半小時就能夠提供一幅電離層和中高層大氣全球變化的宏觀圖像。而ICON則工作於近地軌道，軌道高度約為560公裡，可以對電離層和中高層大氣中的現象進行精細探測。這樣，GOLD和ICON為科學家們提供了從宏觀到微觀，從全球到局地的多研究視角，有望產生新的研究突破。
(作者系中科院國家空間中心博士生)