太阳磁场翻转前夕,太阳黑子活动会达到顶峰,太阳风暴也出现的最为频繁。

文章作者:管理一号 | 2020-02-12
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      昨天中午,在大洋彼岸的黑夜中,美国宇航局(NASA)和欧洲航天局(ESA)联手开发的‘太阳轨迹飞行器’( Solar Orbiter),从卡纳维拉尔角空军基地发射升空。

  这个飞行器终究的目的地,就是带给地球拂晓的太阳,它将首次拍下太阳两极的图像,开启人类探究太阳的一段新征途。

  有史以来离太阳最近的相机,将初次拍下太阳南北极相片

  虽然人类对太阳的观测已经有很长一段时间,不久前国际最大的太阳望远镜还发布了首批高清太阳相片,但一切观测太阳的成像仪器,都只能拍到黄道面(ecliptic plane)角度的太阳,从未观测过太阳的两极。

  所谓黄道面,便是地球以及其他行星围绕太阳公转的平面。而太阳轨迹飞行器则要脱离黄道面,以鸟瞰视角对太阳南北极进行观测。

  其实这并不是第一个尝试飞越太阳南北极的飞行器,1990 年美国宇航局(NASA)和欧洲航天局(ESA)就曾合作,将尤利西斯号太阳探测器(Ulysses)发射升空,尤利西斯号在 2009 年退役前,曾绕太阳飞行了三圈。

 尤利西斯号太阳探测器。尤利西斯号太阳探测器。

  虽然尤利西斯号也曾掠过太阳两极,但与太阳的最近距离比日地距离还要远,并且它只携带了原位仪器(in situ instrument),只能丈量飞船周围的太阳风状况。

  而这一次的太阳轨迹飞行器,在最近的时分间隔太阳表面只有 2600 万英里(约 4184 万公里),这将比间隔太阳最近的行星水星( 5800 万公里)更接近太阳,这也是观测太阳的理想间隔。

  经过太阳轨迹飞行器携带的 4 台原位仪器和 6 台遥感成像仪,人类将首次拍下太阳南北极的相片,这也是有史以来最接近太阳的相机。这次使命 NASA 副项目科学Teresa Nieves-Chinchilla 表明:

  咱们能够制作出原位仪器观所‘接触’到的太空环境,以及遥感成像仪‘看到’的太阳。

  不过飞行器要逃离黄道面也不容易,这需求更大的能量,太阳轨迹飞行器将利用地球和金星的引力,将自己弹射到南北极的观察区域。

太阳轨道飞行器的预计飞行轨道。 图片来自:ESA太阳轨道飞行器的预计飞行轨道。 图片来自:ESA

  这其实是利用了航天动力学中的‘弹弓效应’,通过行星或其他天体的相对运动和引力改动飞行器的轨道和速度,以此来节约燃料、时间和成本。

  这样的场景在科幻电影《星际穿越》就曾出现,电影中飞船燃料缺乏,宇航员只能经过多次飞近一颗引力巨大的黑洞,然后获得了加速度以抵达下一个星球。

《星际穿越》剧照《星际穿越》剧照

  据 NASA 介绍,在太阳轨迹飞行器的设计寿命为 7 年,将在太阳赤道高 24 度的歪斜面上运转,3 年后歪斜将达到 33 度。

  飞行器靠近太阳后,面对的则是超高温的考验。要知道被太阳高温炙烤的水星,白天温度就抵达 430 ℃,而比水星更挨近的太阳的飞行器,所要承受的温度更高,在这样的高温下,太空探测器和很多仪器往往难以正常工作。

 太阳轨道飞行器的隔热罩。太阳轨道飞行器的隔热罩。

  因而太阳轨迹飞行器选用一种定制的钛隔热罩,上面覆盖了磷酸钙涂层,能够接受超越 900 华氏度(约 480 ℃)的高温,其中 5 个遥感成像仪测将经过隔热罩上的窥探孔观测太阳,隔热罩后的仪器的温梯度能在保持在零下 4 华氏度到零下 122 华氏度之间。

  正如欧洲航天局的科学家 Daniel Müller 所说,这将进入一个不知道的国际。

  太阳南北极背面的隐秘,或许和每个地球人都有联系

  为什么要千里迢迢给太阳南北极摄影?由于在太阳南北极发生的事,可能对太空中的航天器、宇航员。乃至地球上每个人都会造成不小的影响。

  这要从太阳黑子说起,1843 年德国天文学家 Samuel Heinrich Schwabe 发现太阳黑子存在周期性的改变。在为期 11 年的周期里,太阳黑子数先增加,然后逐渐下降至初始水平,而太阳的两极的磁场,每 11 年也会翻转一次。

 太阳耀斑。 图片来自:NASA太阳耀斑。 图片来自:NASA

  在太阳磁场翻转前夕,太阳黑子活动会到达顶峰,太阳风暴也出现的最为频繁。

  当这些太阳风暴突击地球,会对地球磁场发生扰动,不只会对搅扰 GPS 和通信卫星,威胁太空中宇航员的生命,地球大量电子设备和基础设施也可能遭到波及。

  在 1859 年 9 月,地球曾遭遇了有记载以来最激烈的太阳风暴,全球多地都呈现了绚丽的极光,而一起欧洲和北美的电报体系却完全瘫痪,电报机主动起火,甚至有发报员遭遇电击,史称‘卡灵顿事情’。

 图片来自:Amino Apps图片来自:Amino Apps

  类似的工作发生了不止一两次。1989 年的 3 月的一次太阳风暴,就让加拿大魁北克省电网瘫痪,全省停电超过 9 个小时。同时美国新泽西州的塞伦核电站也严峻损毁。

新泽西塞伦核电站损毁的变压器。 图片来自:Modern Survival Blog新泽西塞伦核电站损毁的变压器。 图片来自:Modern Survival Blog

  在这个高度依靠电网、卫星导航和各种电子设备的的现代社会,太阳风暴给我们造成影响将愈加巨大。依据美国科学院 2011 年的一份报告,假如发作超级太阳风暴,第一年就可能给美国带来 1-2 万亿美元的损失,而风暴后的重建时间可能需要 4-10 年。

  要避免太阳风暴对咱们构成影响,首要就要搞清楚其构成的原理。科学家认为,太阳风暴的构成可能与太阳黑子 11 年的活动周期有关,但科学家一直无法搞清楚为什么这个周期是 11 年,NASA 科学家 Holly Gilbert 认为,观测太阳两极磁场的改变或许可以找到答案。

  太阳两极对于咱们进行准确建模来说尤为重要,为了能预测太空气候事件,咱们需要一个非常准确的太阳全球磁场模型。

  与帕克太阳探测器合作,破解更多未解之谜

  太阳轨道飞行器是 NASA 是近年来对内层太阳系的第2次首要探测任务,2018 年 8 月,NASA 斥资 15 亿美元打造的帕克太阳探测器(Parker Solar Probe)就开始了逐日之旅。

  帕克太阳探测器是有史以来间隔太阳最近的探测器,也是人工航天器初次抵达恒星大气层。在 1 月 29 日,帕克太阳探测器才刚刚完成了第四次近日飞行,最近的时候间隔太阳表面只有 400 万英里(约 640 万公里)。

 

      而在不久的将来,太阳轨迹飞行器会与帕克太阳探测器协同工作,帕克太阳器在近距离对太阳粒子进行采样,而太阳轨迹飞行器则在更远处拍摄太阳的图像,科学家会将两者的观测结果整合到一起。

  此外当两个探测器偶然处于统一水平线上时,还会在不同的时刻点对相同的太阳磁场线或太阳风流束进行测量。NASA 科学家 Nieves-Chinchilla 表示,两个探测器一起进入轨迹是航天史上一个巨大里程碑。

  此外当两个探测器偶尔处于一致水平线上时,还会在不同的时刻点对相同的太阳磁场线或太阳风流束进行丈量。NASA 科学家 Nieves-Chinchilla 表明,两个探测器一起进入轨迹是航天史上一个巨大里程碑。

  跟帕克太阳探测器,当太阳轨道飞行器完成任务后,不太可能再回来地球了,除了隔热罩的部分都会被燃烧殆尽,只剩下隔热罩绕着太阳旋转,数千年后,这会成为人类探索太阳的印记,就像果壳网编辑 @Ent_evo 想象的那样:

  也许当智慧生命第二次在地球上诞生的时候,会注意到太阳边上的一个明亮小物体。也许这将是伊卡洛斯飞得离太阳最近的一次。

 

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