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里程碑!太阳轨道飞行器公布最新成果:揭秘“营火”、太空天气和彗星解体

2020-12-18 17:17 前瞻网   

太阳轨道飞行器(Solar Orbiter)的最新结果显示,该任务首次将太阳表面的事件与航天器周围的行星空间发生的事情直接联系起来。它也让我们对太阳能“营火”、太空天气和彗星解体有了新的认识。

欧洲航天局太阳轨道飞行器项目科学家丹尼尔·穆勒(Daniel Müller)说:“我对太阳轨道飞行器的性能以及保持它和仪器运行的各个团队感到非常满意。”

里程碑!太阳轨道飞行器公布最新成果:揭秘“营火”、太空天气和彗星解体

 

太阳轨道器的10个科学仪器被分成两组。包括6个遥感望远镜和4个现场仪器。这些遥感仪器观测太阳及其延伸的大气层——日冕。现场仪器测量了航天器周围的粒子,这些粒子是由太阳释放出来的,被称为太阳风,以及它的磁场和电场。追踪这些粒子和场的起源回到太阳表面是太阳轨道飞行器的关键目标之一。

在6月15日太阳轨道器第一次近距离飞越太阳时,观测到该航天器接近7700万公里,遥感和现场仪器都在记录数据。

捕捉太阳风的足迹

太阳轨道飞行器的数据使得计算撞击航天器的太阳风的来源区域成为可能,并在遥感图像中识别出这些“足迹”。在2020年6月研究的一个例子中,这个足迹出现在一个叫做“日冕洞”的区域的边缘,在那里太阳磁场延伸到太空,允许太阳风流动。

尽管这项工作是初步的,但它仍然超出了迄今为止的任何可能。

Tim Horbury是伦敦帝国理工学院的太阳轨道器原位工作小组的主席,他说:“我们以前从来没有做过如此精确的测绘。”

揭秘“营火”背后的实景

太阳轨道器也有关于今年早些时候引起世界关注的太阳“营火”的新信息。

该任务的第一批图像显示了大量的小型太阳喷发,这些喷发横跨太阳表面。科学家称其为“营火”,因为与这些事件相关的确切能量尚不清楚。在没有能量的情况下,尚不清楚它们是否与其他任务观察到的较小规模的喷发事件相同。让这一切变得如此诱人的是,长期以来人们一直认为太阳上存在小规模的“纳米耀斑”,但我们以前从未有办法看到这么小的事件。

“这些篝火可能是我们用太阳轨道飞行器寻找的纳米耀斑,”弗雷德里克·奥切尔(Frédéric Auchère)说,他是法国奥赛天体物理研究所太阳轨道飞行器遥感工作小组的主席。

这一点很重要,因为理论上纳米耀斑(nano-flares)是日冕加热的原因,日冕是太阳的外层大气。日冕的温度约为100万摄氏度,而其表面仅为5000摄氏度,这一事实至今仍是太阳物理学中最令人困惑的问题之一。调查这一奥秘是太阳轨道飞行器的主要科学目标之一。

为了探索这一想法,研究人员一直在用太阳轨道飞行器的SPICE(日冕环境光谱成像)仪器分析数据。SPICE的目的是揭示太阳表面气体的速度。它已经表明,确实有一些小规模的事件,在这些事件中,气体以显著的速度移动,但寻找与营火的关联尚未完成。

在彗星尾巴上“冲浪”

除了向计划科学目标的太阳轨道器的进展,科学家们还从航天器上得到了意外的发现。

太阳轨道飞行器发射后不久,人们注意到它将穿过阿特拉斯彗星的两条尾巴,顺流而下。虽然太阳轨道器不是为这样的情境而设计的,也不打算在这个时候采集科学数据,但任务专家努力确保所有的现场仪器都记录了这次独特的“奇遇”。

结果,彗星在宇宙飞船靠近之前就解体了。因此,如果没有预期的尾部发出的强烈信号,宇宙飞船完全有可能什么也看不到。

但事实并非如此。太阳轨道飞行器确实在来自彗星地图集的数据中看到了特征,但不是科学家通常预期的那种东西。航天器没有发现强烈的单尾交叉,而是在磁数据中发现了许多波的片段。它也检测到了小块区域的灰尘。这可能是彗星分裂成许多小碎片时从内部释放出来的。

“实际上,这是我们第一次穿越解体彗星的尾迹。”“那里有很多非常有趣的数据,这是我们可以利用太阳轨道飞行器进行高质量科学研究的又一个例子。”

解释难以捉摸的太空天气

太阳轨道飞行器(Solar Orbiter)在太空中的大部分时间里都在测量太阳风,记录了一些从太阳喷射出的粒子。然后,在4月19日,一个特别有趣的日冕物质抛射扫过太阳轨道器。

日冕物质抛射,简称CME,是一种大型空间天气事件,数十亿吨的粒子可以从太阳的外层大气中喷射出来。在这次特殊的日冕物质抛射中,太阳轨道器在4月14日从太阳爆发,距离地球到太阳的距离约为20%。

太阳轨道飞行器并不是唯一观测到这一事件的航天器。欧空局的贝皮科伦坡水星任务当时正好飞过地球。美国宇航局还有一架名为STEREO的太阳探测器,它位于距太阳-地球直线90度的地方,直接观测日冕物质日冕所经过的空间区域。它观测了日冕物质抛射对太阳轨道器的影响,然后观测了贝皮科伦坡和地球的影响。把来自不同航天器的测量数据结合起来,让研究人员能够真正研究日冕物质抛射在太空中演化的方式。

不过同样有趣的是,经常负责观察太阳爆发的ESA-NASA的SOHO航天器,却几乎没有记录到这种情况。这使得4月19日的事件成为罕见的一类空间天气事件,被称为隐形CME。研究这些难以捉摸的事件将有助于我们更全面地了解太空天气。

在未来几年,多点科学的机会将会增加。在12月27日,太阳轨道飞行器将完成它的第一次金星飞越。这次活动将利用火星的引力使航天器更靠近太阳,使太阳轨道飞行器处于更好的位置,以便与美国宇航局的帕克太阳探测器进行联合测量,帕克太阳探测器也将在2021年完成两次金星飞掠。

当帕克在太阳大气层内部进行现场测量时,太阳轨道飞行器将拍摄同一区域的图像。这两个航天器将一起提供细节和更大的图景。

“2021年对于太阳轨道飞行器来说将是一个激动人心的时刻,”美国宇航局太阳轨道飞行器项目科学家特蕾莎·尼维斯-钦奇利亚(Teresa Nieves-Chinchilla)表示。“到今年年底,所有仪器将在成熟的科学模式下协同工作,我们将准备更接近太阳。”

到2022年,太阳轨道飞行器将靠近太阳表面4800万公里以内,比2021年的距离要近2000万公里。

翻译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 4114RWL

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