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人類將首次拍太陽兩極照片 這將如何影響我們生活?



美國東部時間2月9日晚間11時03分,2020年度奧斯卡金像獎頒獎典禮正在位於美國西海岸的加州洛杉磯進行。而遠在東海岸的佛羅里達州,一枚Ariane 5號火箭從卡納維爾角空軍基地的41號發射台拔地而起,將名為“太陽軌道飛行器”(Solar Orbiter)的航天器送入太空。

這是歐洲航天局(ESA)和美國國家航空航天局(NASA)合作的最新太陽探測項目,幫助科學家以前所未有的視角觀測太陽,將為人類探測太陽拉開新的篇章。

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太陽軌道飛行器的目的是什麼?

太陽軌道飛行器是歐洲航天局和美國國家航空航天局聯合研製的太陽探測器,也是近年來繼帕克太陽探測器後美國國家航空航天局對內層太陽系開展的第二次探測任務。到目前為止,幾乎所有的太陽觀測器都運行在太陽黃道平面上。這意味著,科學家所採集到的更多信息都集中在太陽赤道上下區域,對於太陽兩極知之甚少。而在太陽軌道飛行器的幫助下,科學家將首次清楚觀測到太陽的兩極,可能有助於人們理解太陽活動的內在規律。

太陽的絕大部分物質是高溫等離子體,太陽物態、運動和演變都與磁場密切相關。太陽黑子、耀斑、日珥等活動現象,更是直接受磁場支配。因此,對太陽磁場的研究具有重要意義。在磁場的作用下,太陽活動有著大約11年的活動週期。在太陽活動極大期,太陽表面佈滿黑子、活動加劇,有時會噴射出更多的高能粒子,這就是所謂的日冕物質拋射,相應產生的高能粒子流在猛烈撞擊地球磁場時,會產生地磁暴現象。這種現象能夠損壞地球軌道上運行的航天器,或者乾擾到全球通信。例如2012年7月23日,美國國家航空航天局的Stereo-A航天器就被巨大的日冕物質拋射所擊中;1859年的卡靈頓事件使當時美國的電報系統中斷了4天。科學家認為,更為強大的地磁暴會干擾到地面電網運行,不僅會導致整個大陸的停電,而且可能毀壞電網內的巨型電壓器,修復甚至需要數月或數年時間。人類將首次拍太陽兩極照片 這將如何影響我們生活? 2

幾十年來,科學家們一直試圖揭開太陽活動的奧秘,以便於為地磁暴的爆發做好準備。但迄今為止,科學家並沒有可靠方法來預測地磁暴的發生。儘管研究人員已經通過各類探測器獲得了有關太陽中間部分磁場的詳細數據,但對於兩極部分的磁場信息以及在恆星磁場翻轉過程中是如何變化的仍然缺乏了解。美國國家航空航天局太陽軌道飛行器項目負責人吉爾伯特解釋說:“在黃道面無法有效觀測太陽兩極的磁場,而太陽軌道飛行器對精確建模以預測太空天氣至關重要。”

通過太陽軌道飛行器觀測太陽的兩極,或許可以了解為什麼太陽有大約11年的太陽週期。觀測到的數據將使科學家能夠對太陽更精確地建模,有可能解釋諸如耀斑爆發、太陽風、太陽磁場和日珥等太陽活動的關鍵信息,也有助於預測相應的太空天氣事件。

太陽軌道飛行器上有什麼?

太陽軌道飛行器長2.5米,寬3米,搭載了10台科學儀器,其中的4個原位探測儀器用於收集來自太陽的帶電粒子流,太陽的磁環境以及輻射強度等方面的信息,而6台遙感探測儀器則主要用於探測太陽表面活動並生成相關圖像。

想要近距離接近太陽,太陽軌道飛行器必須能承受來自恆星的極高溫度和光照。

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為使得儀器能夠正常工作,需要隔熱罩來提供保護。太陽軌道飛行器的隔熱罩主體由鈦金屬製成,表面塗有名為“太陽黑”的特殊材質,能夠承受600攝氏度的高溫。隔熱罩裝配在飛行器的一側,在飛行過程中始終面向太陽。為了讓飛行器上搭載的儀器能夠收集數據,隔熱罩上的三個小孔每次會打開10天時間。而儀器上也裝配有耐熱鏡以提供保護。

漫長而曲折的里程

太陽軌道飛行器將在距太陽約4200萬公里的範圍內對太陽進行探測,其承受的溫度將是地球軌道溫度的13倍。接下來的兩年內,太陽軌道飛行器將進入“巡航階段”,在地球和金星之間利用引力反復加速,按計劃其將在今年6月份抵達第1個近日點,距離太陽約為7500萬公里,並於今年12月26日首次飛越金星。

2025年,太陽軌道飛行器將飛臨金星,其軌道將與黃道平面成17度角,這足以對太陽兩極進行深入觀測。而再次飛越金星將使得飛行器的軌道角度增加至33度。最終,太陽軌道飛行器預計將在十年內圍繞太陽運行22圈。

美國國家航空航天局表示,太陽軌道飛行器有望與帕克太陽探測器攜手工作,為完成探測太陽任務“相互補充”。