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追日“夸父”正改寫太陽科研面貌
2022年9月,一條蜿蜒曲折的“太陽蛇”以170公里/秒的速度滑過太陽表面。圖片來源:美國國家航空航天局/太陽軌道飛行器團(tuán)隊(duì)
科學(xué)家研制出的太陽探測器,正作為人類的“眼睛”,以前所未有的近距離凝視太陽。這些追日“夸父”的觀測,正在改寫科學(xué)家對(duì)太陽的理解。
英國《自然》網(wǎng)站援引美國西南研究所太陽物理學(xué)家丹·錫頓的話指出,人類正身處這個(gè)領(lǐng)域研究范式發(fā)生轉(zhuǎn)變的時(shí)刻。
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太陽風(fēng)暴會(huì)在兩極形成絢爛的極光,但其有多美麗就有多危險(xiǎn),它可讓高能粒子波席卷地球,破壞通信并摧毀電網(wǎng)。2022年2月,太空探索技術(shù)公司新發(fā)射的49顆通信衛(wèi)星中,就有38顆墜落地球。因?yàn)橐粓鎏栵L(fēng)暴導(dǎo)致地球大氣層密度增加,對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生了額外的阻力,將其拉出軌道。
為了解太陽活動(dòng)并預(yù)測其對(duì)地球的影響,多年來,科學(xué)家建造了各種太陽探測器:有些位于地球軌道;另一些則駐扎在地球和太陽之間或遠(yuǎn)離地球軌道,以更好地了解太陽風(fēng)暴何時(shí)到來。但直到帕克太陽探測器(2018年發(fā)射)和太陽軌道飛行器(2020年發(fā)射)開始“追日”,人類才能近距離凝視并觀察太陽。
今年9月27日,美國國家航空航天局(NASA)研制的、身價(jià)15億美元的帕克太陽探測器在繞日飛行過程中,以635266公里/小時(shí)的速度穿越太陽系,打破了其3年前創(chuàng)下的586863.4公里/小時(shí)的紀(jì)錄,成為迄今人類制造的最快物體。它還同時(shí)創(chuàng)下離太陽最近新紀(jì)錄:其距太陽表面僅726萬公里。位于其附近的、由歐洲空間局和NASA攜手研制的太陽軌道飛行器見證了這一壯舉。
哈佛—史密森天體物理中心(CfA)的太陽物理學(xué)家凱瑟琳·里弗斯指出,帕克太陽探測器處于一個(gè)環(huán)形軌道上,隨著時(shí)間的推移,它離太陽越來越近,使它能夠掠過太陽的大氣層,在比以往任何航天器都更近的距離內(nèi)測量太陽的粒子和磁場。太陽軌道飛行器則在較遠(yuǎn)的軌道上飛行,但它擁有高分辨率相機(jī),可顯示明亮的太陽耀斑、微小的等離子體噴流和太陽的其他細(xì)節(jié)。
并肩作戰(zhàn)
這兩個(gè)探測器大多數(shù)時(shí)候“各自為政”,但偶爾也會(huì)并肩作戰(zhàn)。太陽軌道飛行器項(xiàng)目科學(xué)家丹尼爾·穆勒指出,2022年6月,這兩臺(tái)探測器處于特別有趣的對(duì)齊狀態(tài),開展了聯(lián)合觀測,首次測量了溫度從太陽表面上升到其大氣層的速度。
此外,2021年4月,太陽軌道飛行器在與帕克太陽探測器“會(huì)師”的途中,捕捉到了來自太陽背面物質(zhì)的噴發(fā)。幾個(gè)小時(shí)后,一股帶電粒子的浪潮吞沒了帕克太陽探測器。這兩臺(tái)探測器近距離測量,使科學(xué)家能以前所未有的細(xì)節(jié)追蹤物質(zhì)噴發(fā),闡明這些噴發(fā)是如何開始和演變的。CfA天體物理學(xué)家塔蒂亞娜·涅姆布若指出,太陽軌道飛行器能識(shí)別出太陽噴發(fā)的特定區(qū)域;帕克太陽探測器在噴發(fā)沖過航天器之前拍攝了日冕物質(zhì)拋射的照片,這是首次進(jìn)行此類測量。
對(duì)太陽物理學(xué)家來說,更令他們興奮的是2022年9月的太陽爆發(fā),這是有記錄以來速度最快、能量最強(qiáng)的太陽爆發(fā)之一。2022年9月5日,一條蜿蜒曲折的“太陽蛇”以170公里/秒的速度滑過太陽表面,這一壯觀的景象正好被太陽軌道飛行器捕獲,當(dāng)時(shí)它正在近距離探測太陽??茖W(xué)家解釋稱,這條“蛇”其實(shí)是一“管”涼爽的等離子體懸浮在太陽較熱的大氣磁場中,是隨后爆發(fā)太陽磁暴的先兆。
逡巡數(shù)小時(shí)后,這條“蛇”的發(fā)源地爆發(fā)了太陽磁暴,將數(shù)十噸等離子體噴射到太空中。這些日冕物質(zhì)拋射幾乎直接擊中了帕克太陽探測器,但這款航天器經(jīng)受住了考驗(yàn),并在幾天后向地球傳回“一切順利”的信號(hào)。
科學(xué)家一直在分析這次噴發(fā)的觀測結(jié)果。約翰斯·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室太陽物理學(xué)家、帕克太陽探測器首席研究員努爾·拉烏阿菲表示,這一事件的細(xì)節(jié)、復(fù)雜性和暴力程度,以前從未見過,令人印象深刻。
前赴后繼
除上述兩款“網(wǎng)紅”太陽探測器外,還有一些太陽探測器也不甘示弱,正在或擬對(duì)太陽開展研究。例如,印度的“Aditya-L1”太陽探測器于今年9月發(fā)射,在之后4個(gè)月內(nèi)將行駛約150萬公里,最終進(jìn)入圍繞第一拉格朗日點(diǎn)的軌道,這個(gè)位置允許連續(xù)觀測太陽,為觀測太陽活動(dòng)提供了獨(dú)特的優(yōu)勢。
丹尼爾·井上太陽望遠(yuǎn)鏡坐落于美國夏威夷毛伊島,高4米,于2020年投入運(yùn)營。美國國家太陽天文臺(tái)高級(jí)科學(xué)家亞歷山大·特里奇勒指出,只要有可能,井上太陽望遠(yuǎn)鏡就會(huì)在帕克太陽探測器靠近太陽的同時(shí)進(jìn)行觀測。此外,井上太陽望遠(yuǎn)鏡去年也與太陽軌道飛行器攜手,研究了太陽的同一片區(qū)域。相關(guān)數(shù)據(jù)仍在分析中。
特里奇勒表示,太陽軌道飛行器將繼續(xù)運(yùn)行至少7年,其軌道離太陽會(huì)越來越近,因此它將更多地俯視太陽的兩極而非赤道。帕克太陽探測器距離太陽大氣層最近的一次飛越將在2024年12月到來,未來幾年科學(xué)家將獲得大量新發(fā)現(xiàn)。
編輯:馬嘉悅