? ? ? ?這張插圖展示的是歐洲宇航局的（Solar Orbiter）太陽軌道探測(cè)器在近日點(diǎn)面向太陽的情景。
插圖：ESA/ATG MEDIALAB
撰文：NADIA DRAKE
一艘火箭計(jì)劃劃破佛羅里達(dá)州的夜空，搭載一枚史無前例的探測(cè)器飛往目的地：太陽。
盡管我們的恒星每天都在燃燒，但人類只能從地球運(yùn)轉(zhuǎn)平面、從正面這一個(gè)角度觀察它。歐洲航天局的太陽軌道探測(cè)器（Solar Orbiter，簡稱SolO）即將改變這一局面。它計(jì)劃詳細(xì)地勘察太陽，讓我們看到太陽上之前從未有人看到過的區(qū)域。
SolO軌道器上搭載有10臺(tái)設(shè)備，將從獨(dú)特的角度揭秘太陽是如何將太陽風(fēng)拋射到我們行星系統(tǒng)的。太陽的磁場(chǎng)每隔11年就會(huì)發(fā)生強(qiáng)度變化，產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的波動(dòng)。該軌道器也有助于研究是什么控制著這個(gè)神秘的周期。
“我們根本不理解這一點(diǎn)。我們希望Solar Orbiter探測(cè)器能填補(bǔ)這一空白?！盨olO項(xiàng)目科學(xué)家、歐洲航天局的Daniel Müller說道。
揭秘這些驅(qū)動(dòng)因素并不僅僅關(guān)乎學(xué)術(shù)，還能提高地球上生靈的安全性。太陽磁場(chǎng)活動(dòng)的變化，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)勁高能的太陽爆發(fā)，破壞我們的電網(wǎng)，擊落衛(wèi)星，對(duì)身處外太空的人類也是致命的。眼下，人類尚不能很好地預(yù)測(cè)太陽爆發(fā)何時(shí)、如何影響地球。
美國宇航局SolO項(xiàng)目副項(xiàng)目科學(xué)家Holly Gilbert稱：“弄懂太陽大氣層內(nèi)部區(qū)域發(fā)生的物理過程，對(duì)我們真的有很大幫助。”
SolO軌道器發(fā)射的時(shí)機(jī)，正值太陽監(jiān)測(cè)活動(dòng)的熱點(diǎn)時(shí)期。該項(xiàng)目也是若干個(gè)探測(cè)太陽項(xiàng)目之一，將為科學(xué)家提供更多扎實(shí)的研究機(jī)會(huì)。
美國宇航局太陽物理學(xué)部門主任Nicola Fox說：“太陽物理學(xué)家可算遇上好時(shí)候了。這種協(xié)同的推進(jìn)，能為我們做的科研帶來巨大、巨大的變化。”
太陽研究的黃金時(shí)代
你可能已經(jīng)注意到，太陽當(dāng)前十分熱門。
上周，地面望遠(yuǎn)鏡丹尼爾·K·井上太陽望遠(yuǎn)鏡（Daniel K. Inouye Solar Telescope，DKIST）發(fā)布了太陽表面的特寫照片。這些圖像以電影的形式展現(xiàn)，太陽表面是緩慢冒泡的、拼接而成的，不過，每個(gè)等離子體形成的小塊，其大小都與德克薩斯州相當(dāng)。
這張來自丹尼爾·K·井上太陽望遠(yuǎn)鏡（DKIST）的圖像發(fā)布于2020年2月，是迄今為止太陽表面分辨率最高的圖像。圖上細(xì)胞狀的結(jié)構(gòu)，是太陽內(nèi)部的熱量向外傳遞時(shí)產(chǎn)生的劇烈運(yùn)動(dòng)而形成的。
圖源：NSO/NSF/AURA
2019年12月，美國宇航局的“帕克號(hào)”太陽探測(cè)器（Parker Solar Probe）也發(fā)布了它在繞太陽極近的距離上的第一批觀測(cè)成果。本周，《天體物理學(xué)報(bào)》的特刊專門發(fā)布了關(guān)于該探測(cè)任務(wù)的40幾篇論文。其中，科學(xué)家首次觀測(cè)到了“兇猛的（rogue）”磁場(chǎng)波，首次暗示緊貼著太陽周圍有一個(gè)無塵的環(huán)境，使人們首次看到一種全新的粒子噴射。這一驚人的發(fā)現(xiàn)表明，太陽風(fēng)側(cè)向飛馳的速度比預(yù)想的要快上很多很多；該情況可能會(huì)顯著影響太陽的演化。
“帕克號(hào)”太陽探測(cè)器一邊沖向數(shù)百萬高溫的氣體與粒子形成的日冕，一邊進(jìn)行觀測(cè)。在歷時(shí)7年的旅途中，它每繞太陽轉(zhuǎn)一圈，都會(huì)離太陽越來越近，最終到達(dá)距離太陽熾熱表面約640萬千米的位置。
盡管即將發(fā)射的SolO軌道器不會(huì)走到距太陽那么近的地方，但它們將共同在太空中監(jiān)測(cè)太陽。
SolO軌道器發(fā)射后，將會(huì)先后繞地球和金星運(yùn)行，在引力的幫助下，像秋千一樣蕩到距太陽更近的地方。在接下來的5年里，金星的引力將把該探測(cè)器推入一個(gè)傾斜軌道?？茖W(xué)家預(yù)計(jì)，到2025年，我們將能通過該軌道器看到太陽的兩極。
Gilbert說：“每次繞行軌道都會(huì)越升越高，某種程度上看，我們正像開包裹一樣，一點(diǎn)兒一點(diǎn)兒地揭開太陽的兩極?！?/p>
這對(duì)探測(cè)器“雙雄”將聯(lián)手，以高分辨率觀測(cè)太陽系內(nèi)最有活力、最極端的環(huán)境。它們先后繞太陽運(yùn)行，觀測(cè)最原始的太陽風(fēng)或高能粒子是如何無窮盡地從太陽發(fā)散出來，又是如何在灑向整個(gè)太陽系的過程中演變的。SolO軌道器上專門搭載著一個(gè)相機(jī)，可以拍攝“帕克號(hào)”太陽探測(cè)器飛過的位置。
Gilbert說：“這將是一次極好的協(xié)同作戰(zhàn)，能讓我們看到‘上下文信息’，即帕克在某地測(cè)量等離子體時(shí)，SolO在它身后為其拍照?！?/p>
當(dāng)這兩個(gè)探測(cè)器飛向太陽時(shí)，夏威夷毛伊島哈雷阿卡拉（Haleakal?。┥巾?shù)腄KIST望遠(yuǎn)鏡所能看到的太陽表面，比它們?nèi)魏我粋€(gè)探測(cè)器的都更詳盡。部分原因在于，該望遠(yuǎn)鏡的口徑達(dá)13英尺（3.96米），甚至比哈勃太空望遠(yuǎn)鏡都大得多。
Müller說：“DKIST所能做的事，我們?cè)谔罩杏肋h(yuǎn)也做不到。在可見光譜部分，它的解析力前所未有?！?/p>
Kelly Korreck稱，時(shí)至今日，太陽終于得到“發(fā)光發(fā)亮”的機(jī)會(huì)，絕非偶然。他是哈佛-史密森天體物理中心的太陽物理學(xué)家，也是帕克號(hào)太陽探測(cè)器某個(gè)搭載儀器的主要研究者之一。無論是地面的，還是太空的，這些新的觀測(cè)都是數(shù)十年的規(guī)劃與科技發(fā)展迎來的巔峰，若無這些，今日的探索絕無可能。
Korreck說：“科技跟上了，我們?nèi)缃癫拍軐?shí)施這些勇敢而又很酷的探索任務(wù)?！?/p>
SolO的科研意義
與此同時(shí)，SolO對(duì)太陽兩極的觀測(cè)，將為太陽磁循環(huán)（magnetic cycle）的研究填補(bǔ)關(guān)鍵的空白。多年來，科學(xué)家已知曉太陽活動(dòng)會(huì)在11年的周期內(nèi)起伏，但描述這一周期的理論卻總是無法與物理觀測(cè)相匹配。Müller解釋稱，原因之一在于缺失太陽兩極的詳細(xì)數(shù)據(jù)。20世紀(jì)90年代中期至21世紀(jì)初，Ulysses探測(cè)器曾觀測(cè)過太陽兩極，但它距太陽非常遠(yuǎn)而且沒有搭載相機(jī)。
Müller說：“我們其實(shí)根本不知道兩極是什么樣，我們真的需要這類數(shù)據(jù)來解開磁循環(huán)的謎題。那確實(shí)是我們的盲點(diǎn)。”
有了更加全面的整體觀測(cè)后，科學(xué)家應(yīng)該能夠深入探索這些磁循環(huán)，以及能量在太陽表面顯現(xiàn)方式的奧秘。磁環(huán)與磁波（Magnetic loops and waves）有可能變得極端強(qiáng)勁。比如，新發(fā)現(xiàn)的“兇猛磁波（rogue waves）”或許能解釋為什么日冕的溫度比太陽表面還高。
磁環(huán)在太陽表面上方形成弧狀，那里常常是太陽耀斑形成的地方。偶爾，這些耀斑也會(huì)向太空拋出超音速、超帶電的粒子團(tuán)，稱作日冕物質(zhì)拋射（CME）。萬一有哪個(gè)粒子團(tuán)飛向地球，后果將不堪設(shè)想。
1859年，一場(chǎng)特別強(qiáng)勁的日冕物質(zhì)拋射切斷了電報(bào)系統(tǒng)，使地球的夜空閃耀著極光，如同白晝。這次事件被稱作“卡林頓事件（Carrington Event）”?？茖W(xué)家們夢(mèng)寐以求盡早預(yù)測(cè)這類太空天氣事件。
如有充分預(yù)警，人們可以主動(dòng)關(guān)閉脆弱的衛(wèi)星和電網(wǎng)，任何恰巧處在地球軌道或深空的人類可以提前隱蔽。
Korreck說：“我們可以減輕破壞，但我們還是需要理解太陽什么時(shí)候變得活躍，它又是如何與地球的磁層相互作用的。隨著我們?cè)絹碓揭蕾囆l(wèi)星通訊，人類又將登陸月球和火星并成為太空人，我們迫切需要理解太空人以及我們自己的電子設(shè)備所面臨的危險(xiǎn)。”
此外，對(duì)太陽原理的深入理解，還能幫助我們預(yù)想環(huán)繞類日恒星運(yùn)行的行星上是否存在生命。
Nicola Fox說：“對(duì)我而言，這件事還有很酷的一面，很簡單：太陽本身就是一顆恒星。我們正在了解一顆恒星的運(yùn)行原理。這對(duì)了解其他恒星系統(tǒng)內(nèi)的恒星也用得上?！?/p>
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