“鳥瞰”太陽 揭秘磁場——歐美擬發射探測器為太陽南北兩極拍照

發射區照相有什麼功效

“太陽軌道飛行器”探測太陽藝術圖 圖片來源：NASA官網

科技日報記者 劉霞

據美國國家航空航天局（NASA）官網近日報道，該機構將和歐洲航天局（ESA）攜手，於近日發射“太陽軌道飛行器”，首次給太陽南北兩極拍“正面照”，揭示太陽磁場的奧秘。

北京大學地球與空間科學學院教授、中科院太陽活動重點實驗室主任田暉向科技日報記者介紹說：“這一探測器除測量太陽高緯區域的磁場外，還將對高緯和極區太陽風的起源、高緯區域太陽爆發及其傳播規律、日冕加熱機制、太陽內部結構等太陽物理重要課題產生巨大的推動作用。”

首次鳥瞰太陽兩極

據NASA官網報道，“太陽軌道飛行器”將於美國東部時間2020年2月7日23：15（北京時間2月8日12：15），由美國聯合發射聯盟的“宇宙神5”型運載火箭發射升空。

探測器將藉助金星和地球的引力脫離地球等太陽系內行星繞太陽公轉的黃道面，首次鳥瞰太陽兩極。研究人員之一、海軍研究實驗室太空科學家羅素·霍華德說：“在‘太陽軌道飛行器’發射前，所有太陽成像儀器都在黃道面內或非常接近黃道面。現在，我們將首次從黃道面上方鳥瞰太陽。”

太陽不僅是地球上存在生命的關鍵因素，也在塑造我們周圍的空間方面發揮重要作用。田暉介紹說：“太陽磁場一直延伸到冥王星之外的日球層邊界，太陽還以每秒數百公里的速度往外發射帶電粒子流，形成所謂的太陽風。太陽上的區域性區域時不時也會發生爆發，當太陽風暴猛烈襲擊地球時，會產生美麗的極光，但同時也會干擾通訊和導航系統，影響衛星及星載儀器的正常執行，甚至威脅宇航員的生命安全。”

為即將到來的太陽風暴做準備，科學家一直在密切監視太陽磁場。NASA“太陽軌道飛行器”專案負責人科霍利·吉爾伯特解釋說：“在黃道面無法有效觀測太陽兩極的磁場，而後者對精確建模以預測空間天氣至關重要。空間天氣指太陽爆發及其對地球空間環境的影響。為預測空間天氣事件，我們需要一個非常精確的太陽全球磁場模型。”

釐清太陽黑子活動週期

給太陽兩極“拍照”也有助解釋為何太陽黑子（太陽表面的暗斑）的活動週期為11年。1843年，德國天文學家塞繆爾·海因裡希·施瓦貝發現，太陽黑子的數量以一種重複的方式起伏。後來，科學家確定太陽黑子的平均活動週期為11年。吉爾伯特說：“但我們不知道為什麼太陽黑子的活動週期是11年，觀察太陽兩極不斷變化的磁場或能為我們提供答案。”

NASA稱，“太陽軌道飛行器”設計壽命為7年，與太陽赤道的軌道傾角將達到24度，延長壽命3年後傾角將達到33度。探測器最接近太陽時，兩者之間的距離將不到4200萬公里。

田暉指出：“鑑於‘太陽軌道飛行器’的軌道面與太陽赤道面最多隻有30度左右的夾角，遠小於90度，所以，它對太陽極區磁場的測量可能達不到最理想的效果，但是它對太陽高緯區域磁場的精確測量仍將是前所未有的，測量結果有望極大地改善我們對太陽黑子11年週期產生機制的理解。”

將與“帕克”攜手工作

此前唯一在太陽兩極上方掠過的航天器也由ESA和NASA攜手發射。這款名為“尤利西斯”的太陽風探測器於1990年發射升空，2009年退役，工作期間繞太陽旋轉了三圈。但“尤利西斯”距太陽比地球距太陽還遠，而且只攜帶了原位測量儀器，只能觀測探測器周邊的太空環境；而“太陽軌道飛行器”將進入水星軌道內，攜帶有4臺原位測量儀器以及6臺遙感成像儀器，能從較近處觀測太陽。

為隔離熱量，“太陽軌道飛行器”使用了定製的鈦隔熱板，其上帶有磷酸鈣塗層，可耐受482攝氏度高溫。其中五臺遙感儀器透過隔熱罩上的窺視孔觀測太陽；另一臺遙感儀則觀測太陽風和太陽爆發往外傳播的過程。

“太陽軌道飛行器”將是NASA近兩年來發射的第二個太陽探測器。2018年8月，NASA發射“帕克”太陽探測器，開啟了人類歷史上首次穿越日冕、“觸控”太陽之旅。“帕克”太陽探測器計劃繞太陽飛行24圈，並在金星引力的幫助下調整軌道逐漸逼近太陽，最終抵達距離太陽表面約610萬千米的地方。

“帕克”太陽探測器旨在回答一些關於太陽懸而未決的重大問題，例如，為什麼日冕溫度高達數百萬攝氏度，但其下的太陽表面溫度相對卻沒有那麼高。

1月29日，NASA釋出公告稱，“帕克”太陽探測器完成第四次近日飛行，飛行速度超過每小時39。3萬千米，再次創造人類航天器最快飛行速度。

NASA表示，隨著“太陽軌道飛行器”發射升空，這兩款太陽探測器有望攜手工作：當“帕克”太陽探測器近距離取樣太陽粒子時，“太陽軌道飛行器”將從遠方給太陽拍照。而且，這兩個航天器有時也會“攜手辦公”，在不同時間測量相同的磁力線。

田暉最後指出，太陽探測一直是世界強國空間探測的重點，從1995年至今，美、歐、日等國一共發射了近10顆太陽探測衛星，我國首顆太陽探測衛星——先進天基太陽天文臺（ASO-S）也將於2022年前後發射，它將同時對太陽爆發及驅動爆發的太陽磁場進行觀測。此外，中國現已擁有懷柔、明安圖、撫仙湖等大型太陽觀測基地，中國太陽物理界正努力推動下一代地面大望遠鏡的立項，以保持我國在地面太陽探測方面的國際地位。