由欧洲航天局 这位艺术家的印象显示了地球的弓形激波，这是太阳风与我们星球的磁气圈相遇时形成的驻波
信用:欧空局/AOES媒体实验室 尽管名义寿命为两年，欧空局的集群现在正在进入其第三个十年的空间
这一独特的四航天器任务自2000年以来一直在揭示地球磁环境的秘密，在其带下进行了20年的观测，在探索我们的星球与太阳的关系时，仍在促成新的发现
作为已知的唯一一颗孕育生命的行星，地球在太阳系中占据着一个真正独特的位置
这个在2000年夏天启动的集群任务，设计和建造的目的可能是为了研究一个主要的东西，这个东西使地球成为一个独特的可居住的世界，在那里生命可以茁壮成长
地球强大的磁气圈是生命的保障，它保护地球免受宇宙粒子的轰击，但也与宇宙粒子相互作用，产生壮观的现象，如极光
地球的磁气圈是一个泪滴状的区域，白天从离地球约65000公里处开始，夜晚延伸到6300000公里处，是行星磁场和太阳风相互作用的结果，磁场是由熔融金属核的运动产生的
Cluster是第一个对该区域及其内部过程进行详细研究、建模和三维绘图的任务
通过这样做，它有助于促进我们对空间天气现象的理解，这种现象是由磁气圈和形成太阳风的高能粒子之间的相互作用引起的
这些现象不仅会损害生物体，还会损害地面或轨道上的电子设备
伦巴、萨尔萨、桑巴和探戈 该集群任务包括四个航天器在椭圆形极地轨道上以金字塔状编队飞行
2000年7月16日和8月9日，分别载有11种先进仪器的相同有效载荷的四个航天器，即伦巴、萨尔萨、桑巴和探戈，通过两次火箭发射被送入轨道
尽管这项任务取得了巨大成功，实现了许多科学突破，但它的早期并不是一帆风顺的
联盟号运载火箭第一级的一次性能下降使伦巴和探戈偏离了正确的轨道，迫使它们依靠自己的推进，以及联盟号的弗雷加特上级，以获得加入萨尔萨和桑巴的正确位置
这一不幸发生在1996年第一组四重奏发射失败之后
“20年前，在发射第二对宇宙飞船的时候，欧空局有点担心，”欧空局的集群项目科学家菲利普·埃斯库比特承认，“从那以后，任务取得了巨大的进展，而且远远没有完成
" 在过去20年里，集群观测揭示了磁气圈过程的细节，揭示了大气是如何支持生命的，并提供了实现安全卫星通信和空间或空中旅行所需的空间天气的重要见解
信用:欧洲航天局 独特的建筑 该任务动力的关键不仅在于其四个航天器的配置，还在于操作人员可以根据科学目标将四颗卫星之间的距离从3公里调整到6万公里
“这种多航天器设计是集群成功的关键，”菲利普解释说
“通过使用四个而不是一个航天器，Cluster能够独特地测量空间的多个区域，并同时获得对特定事件或活动(如太阳风暴)的多个视角
" 当靠得更近时，星团航天器可以挖掘近地空间更精细的磁性结构；当分离程度更高时，他们可以对更大范围的活动获得更广阔的视野
穿过它的轨道，星团在地球磁气圈内外飞行，使它能够研究地球磁屏蔽两侧的现象
极地力量 虽然大多数探索地球磁现象的任务都集中在有许多电流流动的赤道上，但星团四重奏在极地轨道上环绕地球，这使得它可以周期性地在地球两极上方通过
极地的磁性极其活跃
这一地区的太阳风可以通过极尖深入地球高层大气，极尖上方磁气圈的漏斗状开口，产生壮观的极光
星团比其他任务更能观察更高的纬度，这使它成为形成全球磁层图的关键角色
其中的一个要素是在三维空间中精确绘制出所谓冷等离子体(缓慢移动的带电粒子)在地球周围的位置和范围
这种等离子体——令人惊讶的是，星系团发现，在高达70%的时间里，这种等离子体占据了磁气圈的体积——被认为在暴风雨的太空天气如何影响我们的星球方面起着关键作用
Cluster还研究了地球磁层内部如何用新鲜等离子体补充其他部分，不仅观察到向外推动等离子体的零星羽流，还观察到每天近9万千克物质的稳定大气泄漏 地球磁气圈的夜侧形成一个结构化的磁尾，由低纬度的等离子体层组成，夹在两个称为磁尾波瓣的区域之间
波瓣由地球磁力线直接与太阳风携带的磁场相连的区域组成
在这些区域观察到不同的等离子体群——叶中的等离子体非常冷，而等离子体片更有能量
该图用两个红点标出了2005年9月15日欧空局的一颗集群卫星和美国国家航空航天局的一颗图像卫星的位置，当时磁场配置的特定条件导致了一种被称为“θ极光”的现象
学分:欧空局/美国航天局/SOHO/LASCO/EIT 20年的发现 通过对地球磁场的测绘，并将其与火星暗淡的现今磁场进行比较，星团重申了磁气圈在保护我们免受太阳风影响方面的重要性
星系团揭示了更多关于磁尾内部的动力学，磁尾是磁气圈的一部分，从太阳延伸到我们星球的“后面”
该任务发现，由于内部“扭结状”波，该区域的磁场振幅振荡，并通过确定“赤道噪声”(地球磁场赤道面附近发现的嘈杂等离子体波)现象是由质子产生的，解决了一个长期存在的谜
通过研究磁气圈外部区域的空间特征，星团对太阳风粒子如何穿透我们的磁“屏蔽”有了更深入的了解
太阳风是一股带电粒子流，从太阳涌入太空，以每小时2000公里的速度移动
星团识别出影响能量(热量)在风中分布的微小湍流漩涡，并发现，虽然它保护我们免受外来粒子的影响，但我们的磁气圈非常多孔，像筛子一样，允许过热的太阳风粒子穿过
通过与其他任务的合作，星团帮助揭示了高纬度“θ”极光和不太熟悉的“黑色极光”的工作原理，从而能够详细了解不同区域的空间如何交换粒子
该任务还通过直接观察这一过程，发现了所谓的“杀手电子”的来源，这是地球外层辐射带中的高能粒子，会对卫星造成严重破坏
星团发现，这些电子是在太阳风暴相关的冲击波压缩地球磁场线时产生的，导致这些磁场线振动，并将电子加速到危险的高速
Cluster研究了一个被称为磁场重联的过程的动力学，提供了磁场线断裂和重组的第一个现场观测——这一发现需要多个同步观测，当时只有Cluster能够提供
集群数据还显示，能量在重新连接事件中以意想不到的方式释放，帮助科学家更全面地了解等离子体动力学
空间天气和地磁暴是由地球与太阳的关系所驱动的现象，一直是星团关注的话题
该任务模拟了地球在低海拔和高海拔的磁场，并确定了太阳风本身的复杂动力学，目标是实现更知情和准确的“空间天气预报”
去年年底，通过分析星团的综合科学档案，科学家们还能够释放出地球受到磁场波产生的太阳风暴袭击时发出的怪异“歌声”
数据宝库 在其多年的运作中，Cluster积累了前所未有的关于地球环境的数据
事实上，通过利用18年的这些数据，科学家们最近发现铁广泛而令人惊讶地分布在我们星球的附近，证明了星团在促进新的科学发现方面的持久力量
欧空局集群任务的副项目科学家阿诺·马森补充说:“有这么长的数据基线，已经有了许多真正突破性的发现。”
“通过二十年来不断监测和记录地球磁层的动态和特性，集群为科学家发现不同空间和时间尺度上的新趋势或长期趋势创造了全新的机会
" 该集群与欧空局的其他航天器一道，也在为即将进行的任务铺平道路，如计划于2023年发射的欧洲-中国太阳风-磁层-电离层链接探测器
微笑将更深入地挖掘日地之间的联系，并将在星团的非凡工作的基础上进一步揭示我们星球周围复杂而有趣的磁性环境
菲利普说:“二十年来，集群一直是一项激动人心的、真正前沿的任务，它将我们周围宇宙的各种新信息传回。”
“由于其独特的设计、长寿命和先进的功能，Cluster揭开了地球周围环境的大量秘密
集群仍然很强大，并将继续帮助我们描述我们周围的现象——希望如此！未来几年
"
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