地球周围有一场看不见的“攻防战”。进攻方是每秒数百公里奔涌而来的太阳风；防守方则是地球磁层，

它像一面无形盾牌，保护大气、卫星、通信和人类活动免受高能带电粒子的直接冲击。长期以来，科学家派

出了许多卫星进入这片空间，像“场边固定机位”一样记录某一点上的磁场、粒子和等离子体变化。但地球磁

层尺度巨大、变化迅速，只靠几个点位的数据，很难看清这场宇宙“攻防”的全貌。

　　近日，中欧联合发布了“微笑”卫星首批观测图像和探测数据，多项成果属全球首次。“微笑”卫星的全称

是“太阳风-磁层-电离层相互作用全景成像卫星”，英文为Solar wind Magnetosphere Ionosphere Link Explor

er（其首字母缩写SMILE恰是英语中的“微笑”）。这颗卫星试图从远离地球的位置，给地球磁层拍摄一幅动

态全景图。它不只是测量某一点正在发生什么，更要回答太阳风怎样撞上地球磁层？磁层边界如何变形？地

球磁层这面“防护盾”究竟怎样工作？

　　“微笑”卫星在ESA荷兰的厂房做出厂测试。SMILE科研团队供图

　　2026年5月19日，“微笑”卫星发射升空并顺利进入预定轨道。新华社发

　　地球拥有看不见的行星护盾

　　太阳是一颗活跃的恒星，其外层大气——日冕温度高达百万摄氏度，部分等离子体能够摆脱太阳引力高

速向外扩散，形成太阳风。太阳风主要由质子、电子和少量重离子组成，并携带太阳磁场一路穿越行星际空

间。

　　太阳平静时，太阳风会持续吹拂地球；当太阳发生耀斑、日冕物质抛射等剧烈活动时，大量高能粒子和

磁化等离子体会更猛烈地冲向地球。这种强烈的太阳风可能压缩地球磁层，扰动近地空间环境，引发磁暴、

极光增强、卫星轨道变化、通信导航误差等，甚至影响高纬地区电网和航空活动。这类影响被统称为空间天

气。

　　随着人类社会对航天器、卫星导航、短波通信、遥感监测和载人航天等愈加依赖，看懂太阳风与地球空

间环境的相互作用，不再只是基础科学问题，更直接关系到现代技术社会的安全运行。

　　地球内部的地核运动产生了全球磁场，该磁场在太阳风的持续挤压下形成一个巨大的空间结构，称为地

球磁层。

　　朝向太阳的一侧，磁层被太阳风压缩，形成相对较近的日侧磁层边界；背向太阳的一侧，磁力线被拉

长，形成绵延很远的磁尾。太阳风首先在地球前方形成弓形激波，随后在磁鞘区域减速、加热、偏转，再与

磁层顶发生复杂相互作用。大部分带电粒子会被磁场引导绕过地球，只有一部分能量和粒子会通过磁重联等

过程进入磁层内部，最终沿磁力线传向极区，激发高层大气发光，形成绚丽的极光。

　　因此，极光并不只是美丽的自然景观，它也是太阳风能量进入地球空间环境的可见信号。极光亮度、形

状和位置的变化，往往对应着磁层内部能量输运的变化。如果能同时看到磁层边界的变形和极区极光的响

应，科学家就能更清楚地理解太阳风如何影响地球。然而，磁层本身几乎是透明的。过去几十年，科学家主

要依靠原位探测，即把卫星送入磁层内部，让仪器在飞行路径上测量磁场、电场、粒子能量和等离子体参

数。这种方法虽然精确可靠，却存在天然局限——卫星只能测量所在位置的数据。

　　地球磁层的日侧边界距离地球可达数万公里，磁尾更延伸数百万公里。将几颗卫星放进如此巨大的空

间，就像在一座大型体育场里放置几个传感器。它们能告诉我们某个座位附近发生了什么，却难以直接呈现

整座球场的攻防态势。空间物理学家长期依靠模型、模拟和多点数据拼接来推断整体过程。SMILE所要改变

的，正是这种“盲人摸象”的观测方式。

　　给地球磁层拍一张动态全景图

　　SMILE卫星由中国科学院与欧洲空间局合作推进，是空间物理领域一项重要的国际合作任务。与传统卫

星不同，SMILE并不满足于在磁层内部“穿针引线”式地测量局部数据。它将运行在大椭圆轨道上，在远离地

球的位置回望地球空间环境，从更开阔的角度同时观测日侧磁层和极区极光。这样的设计，使它有望把太阳

风撞击磁层、磁层边界响应、极光活动变化放在同一幅物理图景中加以研究。

　　SMILE的关键在于“全景成像”。它携带的核心载荷之一是软X射线成像仪。磁层明明是透明的，为什么

能用X射线“看见”它？

　　答案来自一种特殊的微观过程——太阳风电荷交换。地球外层大气并不会在某个高度突然终止，而是逐

渐向外稀薄延伸，形成由中性氢原子等组成的外逸层。太阳风中含有一些高价态重离子，例如氧离子、碳离

子等。当这些离子进入地球外逸层，与中性原子相遇时，会从中性原子那里“俘获”电子。被俘获的电子处于

较高能级，在向低能级跃迁时会释放出软X射线光子。

　　这个过程虽然发生在微观尺度，却能在宏观上勾勒出太阳风与地球外逸层、磁层边界相互作用最强的区

域。太阳风越强，碰撞越频繁，软X射线辐射也越明显。于是，原本看不见的磁层顶、弓形激波附近区域，

就可能在软X射线图像中显现轮廓。SMILE的软X射线成像仪，正是要捕捉这种微弱信号，为地球磁层拍摄

“外侧防线”的动态图像。

　　另一项重要载荷是紫外极光成像仪。它将观测地球北极区域的紫外极光，记录极光椭圆的形态、亮度和

位置变化。当太阳风压缩磁层，或当磁重联等过程把能量注入磁层内部时，极区极光往往会迅速响应。把软

X射线图像与紫外极光图像结合起来，科学家就能同时看到“前线受压”和“后方响应”：太阳风在日侧如何撞击

磁层，能量又如何沿磁力线传递到电离层和高层大气。

　　此外，SMILE还搭载了太阳风离子分析仪、磁强计等原位探测设备。它们负责测量卫星所在位置的太阳

风粒子和磁场状态，为全景图像提供必要的现场参数。如果说软X射线成像和紫外极光成像提供的是画面，

那么原位探测提供的就是解释画面的物理坐标和背景条件。多种载荷协同工作，才能真正把图像、粒子、磁

场和能量传输联系起来。

　　SMILE的突破，不在于能单独测得某个更精细的数据，而在于观测方式的转变：从局部到整体，从“点

测量”到“全景成像”，从事后拼接到同步关联。

　　过去，当某颗卫星在磁层顶附近测量到磁场突变时，科学家往往要结合其他卫星、地面台站和模型来判

断：这是太阳风整体增强造成的压缩，还是局部边界波动？这种变化是否引发了极光活动？能量进入磁层的

通道在哪里？不同区域之间存在怎样的时序关系？

　　SMILE有望把这些问题放在同一个观测框架中研究。它可以长时间观察磁层日侧结构的整体变化，同时

记录极区极光响应，再结合太阳风和磁场原位数据，建立太阳风输入、磁层边界变化、磁层-电离层耦合之

间的因果链条。这对于理解磁重联、磁层亚暴、磁暴触发机制等空间物理核心问题，具有重要科学价值。

　　更重要的是，SMILE所获得的数据将改进空间天气研究。空间天气预报并不像地面天气预报那样成熟，

其中一个原因就是太阳风与磁层耦合过程过于复杂。不同太阳风条件下，磁层有时反应强烈，有时反应较

弱；相同强度的太阳风冲击，也可能因磁场方向不同而造成截然不同的结果。SMILE提供的全景观测，有助

于科学家检验和修正模型，提高对地球空间环境变化的认识能力。

　　从科学前沿到航天能力，看见地球的“微笑”

　　对公众而言，SMILE研究的似乎是遥远的太空物理，但对现代社会而言，它并不遥远。通信卫星、导航

卫星、遥感卫星、载人飞船、空间站都运行在地球空间环境之中。强烈空间天气可能影响卫星电子设备，增

加航天器表面充电风险，改变高层大气密度并导致低轨卫星轨道衰减，还可能干扰无线电传播和导航定位精

度。

　　认识太阳风与地球磁层的相互作用，是建设航天强国的重要基础。只有更准确地理解空间环境，才能更

好地保护航天器安全运行，提升空间天气预警能力，为深空探测、载人航天和空间基础设施建设提供支撑。

　　SMILE是我国空间科学从参与国际合作走向贡献关键能力的一个缩影。近年来，我国在月球与深空探

测、空间科学卫星、载人航天、太阳探测等领域持续取得成果。从“悟空”暗物质粒子探测卫星、“墨子号”量

子科学实验卫星，到“羲和号”“夸父一号”等太阳探测任务，我国空间科学的研究对象不断拓展，探测手段不

断丰富。SMILE所代表的全景成像观测，进一步体现了我国在空间物理前沿问题上的参与度和创新能力。

　　未来，随着SMILE持续开展观测任务，人类将以更直观的方式观看太阳风与地球磁层的宏观互动。我们

将看见太阳风如何敲击地球的无形盾牌，看见磁层边界如何起伏变形，看见能量如何传向两极并点亮极

光……这幅壮观的太空图像，将成为我们理解地球空间环境的钥匙，让我们更加理解守护生命家园的“防护

盾”如何工作，更理解人类探索太空、认识自然的脚步如何继续向前。