美國國家航空航天局與歐洲航天局合作的太陽探測器Solar Orbiter發(fā)射升空
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)科學(xué)大院：喜歡拍照的朋友們都知道，即使對于同樣的航空航天合作場景，變換角度拍攝后仍然可能得到效果不同的局歐照片。無論是洲航徘徊在車展上的模特周圍，不停的天局重復(fù)蹲下起立的人像攝影師，還是陽探為了記錄城市的全景和天際線，不惜混入摩天大樓工地的測器風(fēng)光攝影師，對這一點(diǎn)相信都有切身的發(fā)射感受。而對于太陽物理和空間物理學(xué)家來說，升空他們的美國愿望就是能把太陽的上下左右、里里外外全都看清，航空航天合作好徹底地理解給予我們光和熱的局歐這顆恒星。
然而，洲航自古至今，天局人類觀察太陽的陽探視角卻始終被局限在地球公轉(zhuǎn)軌道所在的平面上，從未能對太陽的南北兩極進(jìn)行細(xì)致的觀測。更撩動(dòng)科學(xué)家心弦的是，太陽的南北兩極發(fā)生的事，對太陽如何影響航天器的飛行乃至我們生存的環(huán)境，都有著重要的意義。
美國東部時(shí)間2月9日晚上10：30，也就是北京時(shí)間2月10日的上午11：30，一位新的太陽攝影師將上線，她的名字叫Solar Orbiter。她將走上一條前輩沒沒有走過的路，不但能夠清晰地看到太陽的南北兩極，還能利用手中的十八般兵器，細(xì)致入微地看清太陽的每一張面孔。
太陽極區(qū)很重要，然而我們一直看不清
歐洲是人類科學(xué)認(rèn)識太陽的起源地。當(dāng)17世紀(jì)伽利略最早將望遠(yuǎn)鏡應(yīng)用于天文觀測時(shí)，太陽黑子就是望遠(yuǎn)鏡的重要觀測對象。1844年，連續(xù)積累18年的太陽黑子群數(shù)量記錄啟發(fā)德國天文學(xué)家施瓦貝發(fā)現(xiàn)了太陽黑子數(shù)量的變化規(guī)律：在為期11年的周期中，黑子數(shù)先增加，之后逐漸減少，最終回到11年周期開始時(shí)的水平。
而天文學(xué)家沃爾夫?qū)v史數(shù)據(jù)的回溯，更確切的證明了施瓦貝的結(jié)論。
通過不斷積累的觀測與研究，人們對太陽黑子的出現(xiàn)與變化的規(guī)律已經(jīng)有了更深入的認(rèn)識。黑子一般成雙結(jié)對的出現(xiàn)在太陽表面，像一塊U型磁鐵伸出了太陽表面一樣，黑子對中的兩個(gè)黑子有著不同的磁場極性。在太陽表面流動(dòng)的作用下，出現(xiàn)在中緯度地區(qū)的黑子磁場（更確切的說應(yīng)該是磁通量，為了避免使讀者迷失在繁雜的術(shù)語中，以下不做區(qū)分）會(huì)同時(shí)向赤道和兩極輸運(yùn)。在赤道附近，從南北兩個(gè)方向輸運(yùn)來的磁場極性相反，在此同歸于盡。而輸運(yùn)向極區(qū)的磁場，則能夠在清除掉上一個(gè)太陽周極區(qū)磁場的殘余勢力后，在此建立一片單一磁場極性的根據(jù)地。
磁力線從極區(qū)的“根據(jù)地”出發(fā)后，由于在附近找不到落腳的地方，因此不得不向遠(yuǎn)離太陽的行星際空間延伸，成為行星際磁場的一部分。開放的行星際磁場為太陽風(fēng)從太陽表面涌出提供了一條暢通無阻的高速公路，因此單一磁場極性的根據(jù)地也是高速太陽風(fēng)的發(fā)源地。在極紫外、軟X射線等波段的觀測中，極區(qū)的磁場“根據(jù)地”顯示出一片暗黑的顏色，像是在太陽表面附近的低層日冕中開了個(gè)大窟窿，因此科學(xué)家們形象的將其稱之為極區(qū)冕洞（polar coronal hole）。
冕洞不只兩極有，在低緯度地區(qū)也會(huì)出現(xiàn)。但是當(dāng)新太陽黑子出現(xiàn)的數(shù)目不斷減少，太陽進(jìn)入11年活動(dòng)周的極小和下降期時(shí)，極區(qū)冕洞就是行星際磁場和高速太陽風(fēng)的主要發(fā)源地了。在其他時(shí)間里，極區(qū)冕洞的消失、重新出現(xiàn)也是決定太陽磁場整體結(jié)構(gòu)的重要過程。和地球的偶極磁場經(jīng)歷極長的時(shí)間才會(huì)發(fā)生方向的翻轉(zhuǎn)所不同的是，由太陽兩極的冕洞為根基的太陽偶極磁場，每11年就會(huì)翻轉(zhuǎn)一次。
在極區(qū)冕洞涌出的高速太陽風(fēng)，本身就會(huì)對地球附近的空間天氣狀況產(chǎn)生影響。比如，當(dāng)高速太陽風(fēng)更頻繁的吹襲地球時(shí)，國際空間站、天宮空間站這樣長期在低地球軌道上工作的航天器就會(huì)更快的發(fā)生軌道衰減，需要更多的燃料進(jìn)行軌道維持才能不讓他們墜落。而當(dāng)太空中的臺風(fēng)——日冕物質(zhì)拋射從太陽上爆發(fā)時(shí)，極區(qū)冕洞所決定的行星際磁場和太陽風(fēng)整體結(jié)構(gòu)，又是決定它能不能擊中地球的重要因素。最嚴(yán)重的日冕物質(zhì)拋射，不但會(huì)讓衛(wèi)星飛船遭殃，更有可能大范圍癱瘓高壓電網(wǎng)，使人類被迫過一段沒電的原始生活——沒燈沒網(wǎng)沒自來水，沒有現(xiàn)代生活的一切。
總之，要研究明白太陽上的事情，準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)太陽活動(dòng)對于天上飛的飛船和地上生活的我們產(chǎn)生的空間天氣效應(yīng)并有所準(zhǔn)備，需要看清太陽的兩極。
遺憾的是，我們一直看不清。
離開那個(gè)平面
為什么看不清？我們先從衛(wèi)星觀察地球的例子說起。
下面這種圖片是工作的地球靜止軌道上的風(fēng)云4-A衛(wèi)星拍攝的今年2月4日白天的地球圖像，從這幅圖中，我們可以清晰的看到包括我國在內(nèi)的地區(qū)，然而對于南北極地區(qū)，則只能看清一部分地區(qū)的大致輪廓。要清晰對南北極實(shí)施觀測，衛(wèi)星不能在赤道上空的靜止軌道工作，必須進(jìn)入傾角比較高的軌道。
當(dāng)我們把視角由地球附近擴(kuò)展到整個(gè)太陽系時(shí)將會(huì)看到，包括地球在內(nèi)的所有行星都集中在太陽赤道附近的平面上。受航天技術(shù)的限制，從地球上發(fā)射的航天器，即便掙脫地心引力的束縛，大部分也只能在地球公轉(zhuǎn)軌道面附近運(yùn)行。因此SDO、SOHO等已經(jīng)在太空中工作的太陽探測器，只能提供地球公轉(zhuǎn)面附近的觀測視角，無法特別準(zhǔn)確得看到太陽極區(qū)的情況。對于設(shè)置在地面上的太陽望遠(yuǎn)鏡，情況更是如此。
歐洲和美國合作進(jìn)行的Ulysses飛船曾經(jīng)完成了一次地球公轉(zhuǎn)軌道面以外的飛行。在這次飛行中，Ulysses飛船發(fā)現(xiàn)在太陽活動(dòng)的極小期和下降期，源自太陽兩極的太陽風(fēng)具有相當(dāng)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，當(dāng)Ulysses在其中穿行時(shí)幾乎感覺不到速度和密度的變化。而當(dāng)太陽活動(dòng)進(jìn)入極大期時(shí)，不同速度的太陽風(fēng)則會(huì)像地球公轉(zhuǎn)面附近那樣交替出現(xiàn)。如果不飛出地球公轉(zhuǎn)軌道所在的平面，這些關(guān)于太陽風(fēng)的三維結(jié)構(gòu)認(rèn)知都是無法得到的。
遺憾的是，Ulysses只裝備了進(jìn)行局地探測的儀器，只能感受到她附近的太陽風(fēng)情況，卻無法用遙感成像觀測的望遠(yuǎn)鏡看到太陽表面的圖像。實(shí)際上，即便裝了遙感設(shè)備，Ulysses也難以看到太陽太清晰的樣子：Ulysses與太陽的距離大約在2AU-4AU（AU為天文單位，表示地球到太陽的平均距離）間變化，也就是地球和太陽距離的2-4倍，離得越遠(yuǎn)，自然也就越難看清楚了。
Solar Obiter ： 讓你一次看個(gè)夠
這次，SO將一次滿足科學(xué)家們所有的愿望：靠近太陽，飛出地球公轉(zhuǎn)軌道，用各個(gè)波段的遙感觀測儀器把太陽極區(qū)看通透。
要完成這件事，當(dāng)然要有特別的軌道。借助金星和地球的引力，SO在發(fā)射后將會(huì)在飛行中與金星形成軌道共振關(guān)系，定期相遇。每相遇一次，就能借助進(jìn)行的引力拉近與太陽的距離，同時(shí)逐漸偏離地球公轉(zhuǎn)軌道面。在最初4年的基本任務(wù)階段，相對太陽赤道面的軌道傾角可以達(dá)到17度，已經(jīng)可以比地球上更清楚的觀察到太陽極區(qū)。而在之后的擴(kuò)展任務(wù)階段，軌道面相對于太陽赤道的傾角則可以達(dá)到33度，對太陽極區(qū)的觀測質(zhì)量將會(huì)進(jìn)一步提高。
當(dāng)我們將來自太陽的輻射信號進(jìn)行分解后，就能得到關(guān)于太陽不同方面的信息。為了獲取盡可能豐富的觀測，SO上搭載了多達(dá)6臺的遙感觀測儀器。這其中，在極紫外波段進(jìn)行觀測的EUI儀器可以獲取色球、過渡區(qū)和低層日冕的情況。雖然這種儀器在以往發(fā)射的太陽探測衛(wèi)星上大都有搭載，冕洞位置和結(jié)構(gòu)的識別就主要依靠這個(gè)波段的儀器。但得益于SO獨(dú)特的觀測位置，相信能夠?qū)θ彰嶂械木?xì)結(jié)構(gòu)和日冕加熱、太陽風(fēng)加速的重要物理過程帶來新的信息。而對于磁場本身的觀測，則通過X儀器以可見光的塞曼效應(yīng)為基本原理進(jìn)行。通過分析太陽光的偏振狀態(tài)，就能獲取太陽光球磁場的極性和強(qiáng)度。
SO處于一條橢圓形的軌道上，軌道距離太陽最近的距離大約為0.28AU，最遠(yuǎn)則在1AU附近，相當(dāng)于在地球公轉(zhuǎn)軌道的里面來回穿行。除了類似于望遠(yuǎn)鏡的可以直接看太陽的遙感觀測儀器外，SO還配備了4臺局地探測儀器，用以“感受”它所在位置的磁場和等離子體參數(shù)。在時(shí)而靠近、時(shí)而遠(yuǎn)離太陽的過程中，SO可以記錄下這些參數(shù)逐漸遠(yuǎn)離太陽時(shí)所發(fā)生的變化，讓科學(xué)家們了解太陽風(fēng)和日冕物質(zhì)拋射從太陽到地球的旅程中到底發(fā)生了哪些變化——這對準(zhǔn)確的空間天氣預(yù)報(bào)同樣重要。
2018年8月發(fā)射的帕克太陽探測器（PSP），是SO是各有所長的一對搭檔：PSP雖然遙感觀測儀器沒有SO豐富，軌道也基本處在地球公轉(zhuǎn)面以內(nèi)，但其與太陽的最小距離比SO更小，能夠探測到日冕加熱和太陽風(fēng)加速最原始的過程。而SO豐富的遙感觀測數(shù)據(jù)和不同日心距離的局地探測數(shù)據(jù)，則可以為揭開PSP數(shù)據(jù)背后的秘密提供豐富的線索。總之，PSP和SO雙劍合璧，必然能夠笑傲日球?qū)拥慕?br>科學(xué)不但能滿足人類的好奇心，為新技術(shù)提供理論源頭，更能給予人類免于恐懼的自由。彼時(shí)，當(dāng)人類對太陽的科學(xué)認(rèn)知幾乎為零時(shí)，不過是自然發(fā)生的日食也會(huì)給人們帶來恐慌，而當(dāng)現(xiàn)代人對電力、衛(wèi)星定位、衛(wèi)星通信、跨洋航班所帶來的便利習(xí)以為常時(shí)，來自太陽的風(fēng)暴又是對現(xiàn)代生活和航天活動(dòng)的現(xiàn)實(shí)威脅。若未來某天，災(zāi)難果真降臨，我們能否從容的預(yù)知它的發(fā)生、為它做好萬全的準(zhǔn)備，全仰仗我們對太陽和空間天氣的科學(xué)認(rèn)識水平。可以期待的是，PSP和SO前所未有的觀測位置，將會(huì)使我們更理解太陽，我們的母星。
相關(guān)報(bào)道：奔向太陽 美歐太陽軌道飛行器發(fā)射升空
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)威鋒網(wǎng)：美國東部時(shí)間2020年2月9日，在兩個(gè)小時(shí)內(nèi)的寶貴發(fā)射窗口（晚上11:03打開），一個(gè)兩噸重的航天器從卡納維拉爾角（Cape Canaveral）搭載Atlas V火箭發(fā)射升空，奔向太陽。這是太陽軌道飛行器Solar Orbiter，由美國國家航空航天局（NASA）與歐洲航天局（ESA）合資打造，造價(jià)達(dá)數(shù)億美元，該航天器旨在來到太陽兩極，觀察兩極變化，用十年時(shí)來研究太陽奧秘。
通過觀察兩極，科學(xué)家們也許可以了解為什么太陽在最大和最小活動(dòng)期之間有大約11年的太陽周期。觀察結(jié)果有可能解釋某些太陽活動(dòng)的關(guān)鍵信息，比如太陽耀斑爆發(fā)、太陽風(fēng)、太陽磁場和被稱為太陽“極地王冠”的日珥，幫助人類更好的了解這顆恒星，同時(shí)了解它將如何影響太陽系。
過去唯一飛躍太陽兩極的航天器是1990年發(fā)射的尤利西斯探測器（Ulysses）。它在2009年退役之前繞著太陽飛行了三圈，離太陽最近時(shí)為1.93億公里，對太陽表面一覽無余，為研究人員提供了大量關(guān)于太陽磁場以及太陽表面活動(dòng)情況的新信息。
而2018年8月發(fā)射的帕克號太陽探測器，是目前最接近太陽的人造物，它在2018年11月完成了第一次軌道運(yùn)行，以時(shí)速21.4萬英里的速度掠過太陽，距離太陽表面和日冕不足1500萬英里。
現(xiàn)在，太陽軌道飛行器Solar Orbiter將通過水星軌道，在距太陽僅4200萬公里的地方盡可能近的飛行。
想要近距離接近太陽又不使儀器融化，Solar Orbiter需要承受比地球軌道發(fā)現(xiàn)的溫度高13倍的極高溫度和日照。因此該探測器身上除了多種探測儀器，還配備了先進(jìn)隔熱罩，包括能反射熱量的鋁箔，鋁箔能保護(hù)航天器以及25厘米間隙將多余熱量散發(fā)到太空中。
為了自身涼爽，太陽軌道飛行器的隔熱罩會(huì)始終面向太陽，以便航天器可以在陰影中運(yùn)行。太陽軌道飛行器中的10臺科學(xué)儀器將用于收集來自太陽的帶電粒子流，太陽的磁環(huán)境以及諸如輻射等性質(zhì)的信息。
按計(jì)劃，Solar Orbiter將在今年6月份抵達(dá)第1個(gè)近日點(diǎn)，距離約為7500萬公里，大約為一個(gè)天文單位一半，預(yù)計(jì)在2022年10月抵達(dá)另一個(gè)近日點(diǎn)，距離約4500萬公里，2025年3月，將穿越太陽來自另一個(gè)極點(diǎn)。
相關(guān)報(bào)道：歐洲航天局將發(fā)射太陽軌道探測器：或揭開太陽神秘面紗
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)快科技：歐洲航天局將于本周日從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角發(fā)射太陽軌道探測器。報(bào)道中指出，該飛行器是與美國宇航局聯(lián)合開發(fā)的，預(yù)計(jì)將為科學(xué)家?guī)八从械膩碛嘘P(guān)太陽大氣、風(fēng)以及磁場的信息。同時(shí)，它還將首次獲得一些恒星的未知極地的圖像。
據(jù)悉，在經(jīng)過金星和水星的飛行后，這顆探測器將達(dá)到245000公里/小時(shí)的最高速度，并在離太陽表面4200萬英里的軌道上運(yùn)行。該探測器上裝有10臺最先進(jìn)的儀器，用來記錄觀測結(jié)果，科學(xué)家們希望這些觀測數(shù)據(jù)能夠?yàn)樘栵L(fēng)和耀斑的形成帶來一些線索。
任務(wù)負(fù)責(zé)人安妮·帕克羅斯（Anne Pacros）說：“這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的目的是了解太陽是如何創(chuàng)造和控制日光層（太陽結(jié)構(gòu)中大氣稀薄的最外層，這一層充滿太陽風(fēng)等離子體）的。”
太陽風(fēng)和耀斑釋放出數(shù)十億的高電荷粒子，這些粒子會(huì)撞擊包括地球在內(nèi)的行星。但是，盡管進(jìn)行了幾十年的研究，科學(xué)家們對這些現(xiàn)象仍然知之甚少。
據(jù)了解，該任務(wù)將于當(dāng)?shù)貢r(shí)間周日23:00在肯尼迪航天中心發(fā)射，預(yù)計(jì)將持續(xù)9年，耗資約15億歐元。