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太阳轨道飞行器:能给烈日拍高清照片的超级照相机

2020年2月8日7:48 环球解密

    SolO需时近两年飞往太阳附近轨道。

    中国古时有“后羿射日”、“嫦娥奔月”的传说,今天,地球上的人类已多次发射探测器“奔日”,最新发射的欧洲“太阳轨道飞行器”(Solar Orbiter)更朝着近观太阳南北两极的目标前进。

    “太阳轨道飞行器” 由欧洲空间局(ESA,又译欧洲航天局或欧洲太空总署)牵头研发,再交由美国国家航空航天局(NASA,又译美国宇航局或美国太空总署)发射。

    飞行器于美国东部时间星期天(2月9日)深夜从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地顺利升空,整项任务为期七年,其中从地球飞往太阳需时约两年,预计在2021年11月到达执行任务位置。

    科学家预期,耗资15亿欧元(16亿美元;114亿元人民币)的“太阳轨道飞行器”为人类发回前所未见的太阳高清照片与视频,但其意义不仅仅是一台高清照相机。BBC科学事务记者乔纳森·阿莫斯(Jonathan Amos)指出,研究人员还希望从中加深了解这颗恒星的动态特性。

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    “太阳轨道飞行器”将尝试窥看太阳南、北极等地的高清面貌。

    太阳轨道飞行器有何独特之处?

    简称“单飞”(SolO)的“太阳轨道飞行器”配备了六台成像仪与四组原位测试仪器(in-situ instruments),将在一条距离太阳表面4200万公里的轨道上围绕太阳运行,比水星更贴近太阳。水星的气温本来已经极其炽热。

    因此,飞行器得在一个大型钛罩的保护下工作,仪器透过窥视孔拍照或采样完毕后,窥视孔必须关上,否则机器恐会溶化。

    欧洲航空业巨头空中客车旗下的空客国防与航天公司(Airbus Defence and Space)承建“太阳轨道飞行器”。项目工程师米歇尔·斯普雷克博士(Dr Michelle Sprake)向BBC介绍说:“为了确保这飞船能承受高达600摄氏度的高温,我们开发了一系列的崭新技术。”

    “我们还用上了烤过的动物骨头来制造涂层,来确保飞船不会过热。”

    太阳轨道飞行器在月色下踏上征途。

    关于太阳

    太阳轨道飞行器除了要拍照,还要做什么?

    太阳不时喷射出数以十亿吨计的物质,称为“太阳风”(solar wind),会干扰磁场,影响到地球上的活动。如果“太阳风”太强,来到地球就会形成“太阳风暴”(solar storm或geomagnetic storm),妨碍人造卫星与无线电通信运作,甚至导致供电网络断路。

    太阳轨道飞行器上的原位测试仪器将采样太阳喷射出来的电浆体(plasma,又称等离子体)与磁场。研究人员希望,这项任务能协助改善对太阳风暴的预测。

    伦敦帝国理工学院(Imperial College London)物理学家蒂姆·霍伯里教授(Prof Tim Horbury)为飞行器上的磁力仪(磁强计)担任课题组长。他说:“太阳轨道飞行器研究的就是太阳表面在发生什么事情,还有太空在发生什么事情。”

    “我们得走近太阳,找出个源头,测量从那跑出来的粒子与磁场。就是这样的研究组合,加上其独特运行轨道,让太阳轨道飞行器能强有力的调研太阳是如何运转,太阳是怎样影响太阳系。”

    而这独特的轨道有望让SolO脱离黄道面, 即太陽绕地球旋转的轨道平面,俯瞰太阳的北极与南极。

    工程人员花费八年时间建成SolO飞船。

    伦敦大学学院(University College London)空间与气候物理学系教授露西·葛琳(Prof Lucie Green)对BBC指出:“我们还不掌握为什么太阳活动存在着11年的兴衰周期,我们受到一些观测短缺阻碍,无法确定哪些既有理论是正确的,而这观测短缺正是对太阳南北两极的观测。”

    研究人员到底预期能看到什么,他们也说不清,但SolO预计将能探测到太阳活动快将出现变化的征兆。

    欧洲空间局“太阳轨道飞行器”项目科学家丹尼尔·穆勒博士(Dr Daniel Müller)推测:“我们相信能在下一个周期展开之初,从极地看到端倪,而这端倪将是磁场的聚集。”

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    井上健太阳望远镜(DKIST)在“开光”之日拍下了这些震撼镜头。

    BBC科学事务记者阿莫斯形容,2020年代将是太阳物理学取得长足进展的黄金时代。

    2018年8月,美国宇航局发射了“派克太阳探测器”(Parker Solar Probe),SolO可谓追随着派克号的步伐“奔日”。这两台探测器的任务目标以至于装备都有相似之处,不过身型略小的派克号将比SolO走得更前,飞行至距离太阳表面620万公里处,穿越太阳的外大气层,探测并追踪日冕(corona)的能量流动。

    而就在2019年12月,坐落于美国夏威夷茂宜岛的井上健太阳望远镜(Daniel Ken Inouye Solar Telescope; DKIST)正式“开光”(first light)。这台4米口径的望远镜能看到并拍摄太阳表面最小直径30公里的范围,2020年1月发布的“开光”影像就精细记录了电浆体在太阳表面沸腾的情景。

    欧洲空间局科学总监冈瑟·哈辛格教授(Prof Günther Hasinger)说:“SolO就像是个研究内太阳系任务的家族成员。我就当这是一个交响乐团,每一件乐器都在响着不同的音调,但它们共同吹奏着一曲太阳协奏曲。”

    SolO飞船要打开隔热罩上的窥视孔才能拍摄,但工作结束后要关上,否则阳光足以让飞船上的镜头溶化。

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