作者：陳豔紅
中國科學院國家空間科學中心
空間環境態勢感知技術重點實驗室
2019年10月10日，美國國家航天局（NASA）的Stargazer L-1011飛船從福羅裡達州的卡拉維拉爾角攜帶運載火箭起飛，當飛船到大約12km的高空時，投放飛馬座火箭，火箭上攜帶著這次發射的主角：電離層連接探測器（ionospheric connection Explorer, ICON）。
Stargazer L-1011飛船和ICON探測器（來自NASA 網站）
從ICON的名字，我們就可以看出，這個探測器的主要目的是探測電離層及與之相關聯的物理過程。電離層是地球上空60-1000km範圍內的區域，它之所以單獨命名是因為它含有豐富的自由電子，這些自由電子是因為中性大氣接收到太陽的極紫外和X射線發生電離而形成的，雖然電子密度不到中性成份的1%，但足以影響無線電波的傳播。對於現代社會的導航衛星、通信衛星來說，電離層的變化對於衛星信號的質量有非常重要的影響，會引起通信信號質量下降、導航定位精度增加，因此電離層一直是空間環境應用研究的重要區域。從空間上來說，電離層上遊與太陽爆發活動、行星際擾動、磁層變化關係密切，是空間天氣變化的重要組成部分，同時，電離層的下邊界處於空間環境與地球地面環境的交接部分，其變化還會受到下遊天氣的影響。現在的研究發現，單純的太陽活動或者空間天氣的變化不足以解釋電離層的變化行為，電離層與地球大氣、甚至是地面的形狀、地震、海嘯等都有很大的關係。而ICON的目的就是對地球大氣與空間環境之間的聯繫過程進行探測。
ICON探測的區域（來自NASA 網站）
ICON將在地球上空約550km的高度上運行，它第一次將光學遙感探測和等離子體的就位探測結合在一起，能夠同時探測電離層中的電動力學過程和化學變化過程。ICON攜帶有4種不同的儀器。兩臺用於全球高解析度熱成像的麥可遜幹涉儀（MIGHTI），用於觀察中性大氣層的溫度和風速；兩支離子速度計（IVM）用於測量離子的漂移速度，從而可以得到電場的測量。極紫外線儀器（EUV）和遠紫外線儀器（FUV）則可以進行遠距離成像觀測。EUV通過測量O+的輻射譜線可以得到電離層的密度和高度剖面。FUV通過對O的135.6nm和N2的157nm輻射的觀測，可以得到白天大氣密度成份的觀測以及夜間電子密度的分布。通過ICON的觀測，我們能解釋能量和物質是怎樣從地球的低層大氣傳入到空間環境中，引起電離層大尺度的逐日變化的。
ICON探測器的配置（來自Space Sci Rev，DOI 10.1007/s11214-017-0449-2）
ICON衛星探測任務2011年提出後，其發射過程也是一波三折。原計劃2018年11月發射，但由於PegasusXL火箭數據異常，2018年11月7日L-1011 飛船沒有進行發射。經過1年多的檢驗，在2019年10月10日ICON選擇再次發射，但由於地面與飛船的通信問題，又錯過了第一個發射窗口，後終於在第二個時間窗口（美國東部時間10月10日21:59）成功發射。
ICON將與NASA2018年1月發射升空的「地球及邊緣的全球範圍觀察」（GOLD）協同「作戰」。GOLD從位於巴西上空的地球靜止軌道的有利位置，可獲得ICON將要研究的同一地區的全景視圖。隨著這兩顆衛星數據的獲得和分析，空間天氣與我們地球的大氣之間關聯的秘密將會逐漸被揭開。