作者:刘霞 来源:科技日报 发布时间:2018/5/31 10:31:52
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美欧两探测器将近距离揭秘日冕、太阳风和太阳磁场

 

夸父追日;后羿射日;伊卡洛斯用蜡做成翅膀飞向太阳,结果因飞得过高,蜡被太阳融化而跌落水中丧生……这些故事至今仍在人们耳边流传。太阳为地球上的生命提供能量,在人类生命中扮演重要角色,但太阳风和带电粒子也会引发某些太空天气事件,干扰无线电通信、电网等。这些事件为何以及如何发生?对地球产生何种影响?迄今还未被人类完全理解。

随着科技不断发展,人类现在终于可以与太阳“亲密接触”。即将于今年夏季发射的美国国家航空航天局(NASA)“帕克”太阳探测器和将于2020年升空的欧洲空间局(ESA)太阳轨道器,尽管技术上存在差异,但殊途同归,都将为我们提供有史以来最好的机会,揭示太阳风等活动的复杂性,了解太阳的工作原理以及对太空环境的影响等。

为何日冕比太阳表面热很多

据NASA官网近日消息,这两款探测器都将研究太阳的外部大气层——日冕。日冕的大部分行为都无法预测,科学家对其知之甚少。目前有两大疑问尚待解开:日冕的温度为什么比太阳表面的温度高很多?太阳风为何持续不断地以极高的速度喷涌而出?

我们可以看到远处的日冕,甚至可以测量太阳风穿越地球时的情况,但直到最近才拥有可以承受太阳附近热量和辐射的技术,得以与太阳“亲密接触”,近距离研究日冕。

NASA戈达德太空中心“帕克”太阳探测器任务研究科学家埃里克·克里斯汀说:“这两个探测器使用的技术有所不同,但任务互补:它们将给日冕拍照,并研究太阳两极的情况。”

“帕克”将以前所未有的距离靠近太阳——距离太阳表面约600万公里。目前,距离太阳最近的探测器纪录由上世纪70年代发射的“太阳神2号”(Helios B)探测器保持,距太阳约4343万公里。

在与太阳“亲密接触”时,“帕克”将用它的4套科学仪器给太阳风拍照,并研究太阳的磁场、等离子体和高能粒子,揭示太阳外层大气的真实结构,帮助我们理解为什么日冕的温度比太阳表面高很多——日冕的温度可以飙升至几百万华氏度;而太阳表面之下,即光球层的温度仅徘徊在1万华氏度左右。

而太阳轨道器将在距太阳约4200万公里的范围内活动,处于一个高度倾斜的轨道上。在此轨道上,太阳轨道器将成为首个能直接为太阳两极拍照的探测器。目前,我们对太阳极地的了解也很少。

揭开太阳风的“庐山真面目”

此外,这两款探测器都将研究太阳风——太阳持续不断喷射出的充满内太阳系的、被磁化的气体,其与整个太阳系的磁场、大气层甚至太阳系内天体的表面相互作用。在地球上,这种相互作用会引发极光,有时会破坏通信系统和电网。

此前获得的数据让科学家们相信,日冕会给粒子加速,让太阳风达到令人难以置信的速度:当太阳风离开太阳并穿越日冕时,速度加快了两倍。当太阳风到达测量其一举一动的航天器时,它已经旅行了约1.48亿公里,这段时间足以让这些带电气流与其他粒子混杂在一起,导致其某些特征丢失。

“帕克”太阳探测器将在太阳风刚形成并离开日冕时捕捉太阳风,将原始观测结果传回地球;而太阳轨道器所处的位置让其可以很好地观察太阳的两极,其提供的信息有助科学家洞悉太阳风的结构和行为在不同纬度的变化情况。这两款探测器协同作战,优势互补,有助科学家进一步揭开太阳风的“庐山真面目”。

太阳的磁场如何生成

太阳轨道器还将利用其独特的轨道,更好地了解太阳的磁场。

太阳最有趣的一些磁场活动集中在两极,研究太阳两极对于理解太阳磁场的性质很有帮助,但因为地球围绕一个几乎与太阳赤道平行的平面运行,我们通常不能很好地看到太阳的两极。

太阳的磁场活跃且绵延至海王星轨道之外,能到达如此遥远的地方,很大程度上是因为太阳风:随着太阳风向外喷射出来,它会携带太阳磁场,产生一个巨大的“气泡”——日光层。日光层的边界由太阳与星际空间相互作用形成。2012年“旅行者1号”探测器穿过太阳风层顶,人们才知道这些边界可保护内部太阳系免受来自银河系的辐射。

太阳两极周围的强磁场促使太阳不断变化,导致太阳耀斑和日冕物质抛射,但目前尚不清楚太阳磁场究竟如何在其内部产生。太阳轨道器每次将盘旋在太阳大气层的同一区域几天,观测极地周围压力的累积和释放,从而更好地厘清导致太阳磁场产生的物理过程。

研究人员指出,“帕克”太阳探测器和太阳轨道器将共同完善我们对太阳和日光层的了解。NASA戈达德太空中心“帕克”太阳探测器研究任务科学家亚当·萨博说:“我们试图破译太阳附近发生的事情,显而易见的办法就是去那里。”

(科技日报北京5月30日电)

 
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