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NASA太陽探測器“觸摸”太陽:發現太陽風秘密



據外媒報導,NASA有著大量的機器人在太陽系中巡邏,而其中最厲害的或許是帕克太陽探測器(PSP)。這艘飛船大約有一輛小型轎車那麼大,圍繞太陽飛行,其配備了革命性技術使它能夠“觸摸”到太陽。當地時間週三,NASA的研究人員公佈了該任務的第一組科學數據,這組數據則是首個來自太陽系最極端環境之一的測量數據。

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約翰霍普金斯應用物理實驗室項目科學家Nour E. Raouafi表示:“在過去的幾十年裡,我們對我們的星球了解了很多,但我們真的需要一個像帕克太陽探測器任務這樣的任務來進入太陽大氣層。我們僅在這三個太陽軌道上所了解到的東西就已經改變了我們對太陽的許多理解。”

據悉,NASA於2018年8月12日發射了PSP並成功將這艘耐熱航天器送入繞太陽的橢圓軌道。由於它在軌道上的運行速度之快,它為自己贏得了“史上最快人造天體”的稱號,另外它還利用金星作為引力輔助,接下來,它將繼續縮短跟太陽系這個大型加熱器的距離。

於本週三發表在《自然》雜誌的研究論文詳細解說了這組由PSP對太陽內部等離子體光環即日冕測量得到的數據以及對PSP分別於2018年11月和2019年4月“接觸”太陽的數據分析。日冕溫度在200萬-500萬華氏度之間,其呢部的加熱方式和亞原子粒子的運動方式讓天文學家們感到困惑。

另外,日冕還會產生太陽風,這是一種能量粒子流,會散發到太陽系中。在過去,天文學家已經能夠測量這些離地球更近的粒子流,但由於PSP上安裝的先進工具–1個寬視野成像儀和3個測量太陽風粒子的獨立設備,太陽更多的秘密開始被揭開。

WISPR塵埃

太陽探測器的廣域成像儀(WISPR)充當探測器的“眼睛”,這使得研究人員能夠完成對日冕中太陽風形成結構的成像工作。 WISPR在2018年9月傳回了一張令人震驚的第一束光圖像,隨後在同年12月又傳回了一張來自太陽內部的圖像,同樣令人驚嘆。

WISPR首席研究員Russ Howard對該儀器拍攝的圖像進行了檢查分析以此來識別出太陽風中的結構。這些圖像揭示了日冕“流光”的新動態,即明亮的太陽輻射形成的磁環並還提供了觀測微弱日冕射線的機會。研究小組還能從中觀察到太陽周圍區域塵埃散射光的強度,證實了來自地球的觀測結果。然而他們驚訝地發現,在離太陽更近的地方卻出現了不尋常的強度分佈。

這種強度的變化可能意味著在更靠近太陽表面的地方存在一個“無塵區”。不過Howard及其同事警告稱,WISPR並沒有直接觀測到假設中的無塵區,這種不尋常的強度分佈可能還有其他解釋。隨著PSP在未來幾年裡跟太陽距離的不斷縮短,這一假設將得到證實。

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太陽風並不像預測的那樣

另一項意外發現是由Justin Kasper領導的研究小組發現。 Kasper及其同事利用PSP上的太陽風電子阿爾法粒子和質子儀器收集了關於電子、氫離子和氦離子在太陽風中運動的信息。當太陽噴出這些粒子時,它們最終會跟可記錄其特性的SWEAP相撞–通常每秒會發生四次以上。

由於大量粒子撞擊SWEAP儀器並得到PSP上的FIELDS儀器數據的支持,Kasper及其團隊發現,由於磁場的倒轉,近太陽的太陽風的行為很奇怪。在一次逆轉過程中,太陽風的速度似乎達到了峰值,對此研究小組認為,當這些流動的粒子遠離太陽時,它們可能會沿著S型曲線運動。

在此之前,科學家們測量到的是太陽風粒子會像子彈一樣從太陽中以筆直的軌跡穿過地球。但Kasper的團隊發現了太陽風“旋轉流”的驚人增長,這跟之前任何關於太陽風如何旋轉的模型都不相符。在離太陽更近的地方風仍在旋轉,至於背後原因仍不清楚。

Kasper在一次新聞發布會上指出:“在第一次相遇時看到的巨大太陽風旋轉流是一個真正的驚喜。雖然我們希望最終能看到離太陽更近的旋轉運動,但我們第一次看到的高速運動比標準模型預測的卻要大近10倍。”

隨著PSP繼續繞太陽飛行,研究人員將能更好地觀察近太陽的太陽風氣流。論文作者指出,這對於理解太陽如何隨著年齡的增長而失去角動量和自旋是至關重要的。

接下來將會發現什麼?

等到12月26日,該探測器將第二次飛越金星,屆時它加你利用金星的引力進一步縮小其軌道使其更接近太陽。這次飛越還將看到PSP加快速度–以每秒109公里的速度繞太陽旋轉,等到2020年7月其第三次金星凌日將再次加速。

而PSP的活動將持續五年,等到2025年,它將抵達里太陽最近的地方,兩者的距離將在700萬公里以內。在接下來的五年時間裡,距離的不斷對於了解日冕的複雜性、日冕的表面、太陽風是如何被吹向宇宙以及其如何影響太陽系的其他部分都將非常重要。