首次鳥瞰太陽兩極 揭秘磁場(chǎng)

據(jù)美國國家航空航天局(NASA)官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，該機(jī)構(gòu)將和歐洲航天局(ESA)攜手，于近日發(fā)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(chǎng)的奧秘。

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授、中科院太陽活動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任田暉向科技日?qǐng)?bào)記者介紹說：“這一探測(cè)器除測(cè)量太陽高緯區(qū)域的磁場(chǎng)外，還將對(duì)高緯和極區(qū)太陽風(fēng)的起源、高緯區(qū)域太陽爆發(fā)及其傳播規(guī)律、日冕加熱機(jī)制、太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)等太陽物理重要課題產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。”

首次鳥瞰太陽兩極

據(jù)NASA官網(wǎng)報(bào)道，“太陽軌道飛行器”將于美國東部時(shí)間2020年2月7日23:15(北京時(shí)間2月8日12：15)，由美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的“宇宙神5”型運(yùn)載火箭發(fā)射升空。

探測(cè)器將借助金星和地球的引力脫離地球等太陽系內(nèi)行星繞太陽公轉(zhuǎn)的黃道面，首次鳥瞰太陽兩極。研究人員之一、海軍研究實(shí)驗(yàn)室太空科學(xué)家羅素·霍華德說：“在‘太陽軌道飛行器’發(fā)射前，所有太陽成像儀器都在黃道面內(nèi)或非常接近黃道面?，F(xiàn)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(guān)鍵因素，也在塑造我們周圍的空間方面發(fā)揮重要作用。田暉介紹說：“太陽磁場(chǎng)一直延伸到冥王星之外的日球?qū)舆吔纾栠€以每秒數(shù)百公里的速度往外發(fā)射帶電粒子流，形成所謂的太陽風(fēng)。太陽上的局部區(qū)域時(shí)不時(shí)也會(huì)發(fā)生爆發(fā)，當(dāng)太陽風(fēng)暴猛烈襲擊地球時(shí)，會(huì)產(chǎn)生美麗的極光，但同時(shí)也會(huì)干擾通信和導(dǎo)航系統(tǒng)，影響衛(wèi)星及星載儀器的正常運(yùn)行，甚至威脅宇航員的生命安全。”

為即將到來的太陽風(fēng)暴做準(zhǔn)備，科學(xué)家一直在密切監(jiān)視太陽磁場(chǎng)。NASA“太陽軌道飛行器”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人科霍利·吉爾伯特解釋說：“在黃道面無法有效觀測(cè)太陽兩極的磁場(chǎng)，而后者對(duì)精確建模以預(yù)測(cè)空間天氣至關(guān)重要?？臻g天氣指太陽爆發(fā)及其對(duì)地球空間環(huán)境的影響。為預(yù)測(cè)空間天氣事件，我們需要一個(gè)非常精確的太陽全球磁場(chǎng)模型。”

厘清太陽黑子活動(dòng)周期

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(dòng)周期為11年。1843年，德國天文學(xué)家塞繆爾·海因里希·施瓦貝發(fā)現(xiàn)，太陽黑子的數(shù)量以一種重復(fù)的方式起伏。后來，科學(xué)家確定太陽黑子的平均活動(dòng)周期為11年。吉爾伯特說：“但我們不知道為什么太陽黑子的活動(dòng)周期是11年，觀察太陽兩極不斷變化的磁場(chǎng)或能為我們提供答案。”

NASA稱，“太陽軌道飛行器”設(shè)計(jì)壽命為7年，與太陽赤道的軌道傾角將達(dá)到24度，延長壽命3年后傾角將達(dá)到33度。探測(cè)器最接近太陽時(shí)，兩者之間的距離將不到4200萬公里。

田暉指出：“鑒于‘太陽軌道飛行器’的軌道面與太陽赤道面最多只有30度左右的夾角，遠(yuǎn)小于90度，所以，它對(duì)太陽極區(qū)磁場(chǎng)的測(cè)量可能達(dá)不到最理想的效果，但是它對(duì)太陽高緯區(qū)域磁場(chǎng)的精確測(cè)量仍將是前所未有的，測(cè)量結(jié)果有望極大地改善我們對(duì)太陽黑子11年周期產(chǎn)生機(jī)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(fā)射。這款名為“尤利西斯”的太陽風(fēng)探測(cè)器于1990年發(fā)射升空，2009年退役，工作期間繞太陽旋轉(zhuǎn)了三圈。但“尤利西斯”距太陽比地球距太陽還遠(yuǎn)，而且只攜帶了原位測(cè)量儀器，只能觀測(cè)探測(cè)器周邊的太空環(huán)境;而“太陽軌道飛行器”將進(jìn)入水星軌道內(nèi)，攜帶有4臺(tái)原位測(cè)量儀器以及6臺(tái)遙感成像儀器，能從較近處觀測(cè)太陽。

為隔離熱量，“太陽軌道飛行器”使用了定制的鈦隔熱板，其上帶有磷酸鈣涂層，可耐受482攝氏度高溫。其中五臺(tái)遙感儀器通過隔熱罩上的窺視孔觀測(cè)太陽;另一臺(tái)遙感儀則觀測(cè)太陽風(fēng)和太陽爆發(fā)往外傳播的過程。

“太陽軌道飛行器”將是NASA近兩年來發(fā)射的第二個(gè)太陽探測(cè)器。2018年8月，NASA發(fā)射“帕克”太陽探測(cè)器，開啟了人類歷史上首次穿越日冕、“觸摸”太陽之旅。“帕克”太陽探測(cè)器計(jì)劃繞太陽飛行24圈，并在金星引力的幫助下調(diào)整軌道逐漸逼近太陽，最終抵達(dá)距離太陽表面約610萬千米的地方。

“帕克”太陽探測(cè)器旨在回答一些關(guān)于太陽懸而未決的重大問題，例如，為什么日冕溫度高達(dá)數(shù)百萬攝氏度，但其下的太陽表面溫度相對(duì)卻沒有那么高。

1月29日，NASA發(fā)布公告稱，“帕克”太陽探測(cè)器完成第四次近日飛行，飛行速度超過每小時(shí)39.3萬千米，再次創(chuàng)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(fā)射升空，這兩款太陽探測(cè)器有望攜手工作：當(dāng)“帕克”太陽探測(cè)器近距離采樣太陽粒子時(shí)，“太陽軌道飛行器”將從遠(yuǎn)方給太陽拍照。而且，這兩個(gè)航天器有時(shí)也會(huì)“攜手辦公”，在不同時(shí)間測(cè)量相同的磁力線。

田暉最后指出，太陽探測(cè)一直是世界強(qiáng)國空間探測(cè)的重點(diǎn)，從1995年至今，美、歐、日等國一共發(fā)射了近10顆太陽探測(cè)衛(wèi)星，我國首顆太陽探測(cè)衛(wèi)星——先進(jìn)天基太陽天文臺(tái)(ASO-S)也將于2022年前后發(fā)射，它將同時(shí)對(duì)太陽爆發(fā)及驅(qū)動(dòng)爆發(fā)的太陽磁場(chǎng)進(jìn)行觀測(cè)。此外，中國現(xiàn)已擁有懷柔、明安圖、撫仙湖等大型太陽觀測(cè)基地，中國太陽物理界正努力推動(dòng)下一代地面大望遠(yuǎn)鏡的立項(xiàng)，以保持我國在地面太陽探測(cè)方面的國際地位。(記者 劉 霞)

關(guān)鍵詞： 鳥瞰太陽兩極