“鸟瞰”太阳 揭秘磁场 ——欧美拟发射探测器为太阳南北两极拍“正面”照

据美国国家航空航天局(NASA)官网近日报道，该机构将和欧洲航天局(ESA)携手，于近日发射“太阳轨道飞行器”，首次给太阳南北两极拍“正面照”，揭示太阳磁场的奥秘。

北京大学地球与空间科学学院教授、中科院太阳活动重点实验室主任田晖向科技日报记者介绍说：“这一探测器除测量太阳高纬区域的磁场外，还将对高纬和极区太阳风的起源、高纬区域太阳爆发及其传播规律、日冕加热机制、太阳内部结构等太阳物理重要课题产生巨大的推动作用。”

首次鸟瞰太阳两极

据NASA官网报道，“太阳轨道飞行器”将于美国东部时间2020年2月7日23:15(北京时间2月8日12：15)，由美国联合发射联盟的“宇宙神5”型运载火箭发射升空。

探测器将借助金星和地球的引力脱离地球等太阳系内行星绕太阳公转的黄道面，首次鸟瞰太阳两极。研究人员之一、海军研究实验室太空科学家罗素·霍华德说：“在‘太阳轨道飞行器’发射前，所有太阳成像仪器都在黄道面内或非常接近黄道面。现在，我们将首次从黄道面上方鸟瞰太阳。”

太阳不仅是地球上存在生命的关键因素，也在塑造我们周围的空间方面发挥重要作用。田晖介绍说：“太阳磁场一直延伸到冥王星之外的日球层边界，太阳还以每秒数百公里的速度往外发射带电粒子流，形成所谓的太阳风。太阳上的局部区域时不时也会发生爆发，当太阳风暴猛烈袭击地球时，会产生美丽的极光，但同时也会干扰通信和导航系统，影响卫星及星载仪器的正常运行，甚至威胁宇航员的生命安全。”

为即将到来的太阳风暴做准备，科学家一直在密切监视太阳磁场。NASA“太阳轨道飞行器”项目负责人科霍利·吉尔伯特解释说：“在黄道面无法有效观测太阳两极的磁场，而后者对精确建模以预测空间天气至关重要。空间天气指太阳爆发及其对地球空间环境的影响。为预测空间天气事件，我们需要一个非常精确的太阳全球磁场模型。”

厘清太阳黑子活动周期

给太阳两极“拍照”也有助解释为何太阳黑子(太阳表面的暗斑)的活动周期为11年。1843年，德国天文学家塞缪尔·海因里希·施瓦贝发现，太阳黑子的数量以一种重复的方式起伏。后来，科学家确定太阳黑子的平均活动周期为11年。吉尔伯特说：“但我们不知道为什么太阳黑子的活动周期是11年，观察太阳两极不断变化的磁场或能为我们提供答案。”

NASA称，“太阳轨道飞行器”设计寿命为7年，与太阳赤道的轨道倾角将达到24度，延长寿命3年后倾角将达到33度。探测器最接近太阳时，两者之间的距离将不到4200万公里。

田晖指出：“鉴于‘太阳轨道飞行器’的轨道面与太阳赤道面最多只有30度左右的夹角，远小于90度，所以，它对太阳极区磁场的测量可能达不到最理想的效果，但是它对太阳高纬区域磁场的精确测量仍将是前所未有的，测量结果有望极大地改善我们对太阳黑子11年周期产生机制的理解。”

将与“帕克”携手工作

此前唯一在太阳两极上方掠过的航天器也由ESA和NASA携手发射。这款名为“尤利西斯”的太阳风探测器于1990年发射升空，2009年退役，工作期间绕太阳旋转了三圈。但“尤利西斯”距太阳比地球距太阳还远，而且只携带了原位测量仪器，只能观测探测器周边的太空环境;而“太阳轨道飞行器”将进入水星轨道内，携带有4台原位测量仪器以及6台遥感成像仪器，能从较近处观测太阳。

为隔离热量，“太阳轨道飞行器”使用了定制的钛隔热板，其上带有磷酸钙涂层，可耐受482摄氏度高温。其中五台遥感仪器通过隔热罩上的窥视孔观测太阳;另一台遥感仪则观测太阳风和太阳爆发往外传播的过程。

“太阳轨道飞行器”将是NASA近两年来发射的第二个太阳探测器。2018年8月，NASA发射“帕克”太阳探测器，开启了人类历史上首次穿越日冕、“触摸”太阳之旅。“帕克”太阳探测器计划绕太阳飞行24圈，并在金星引力的帮助下调整轨道逐渐逼近太阳，最终抵达距离太阳表面约610万千米的地方。

“帕克”太阳探测器旨在回答一些关于太阳悬而未决的重大问题，例如，为什么日冕温度高达数百万摄氏度，但其下的太阳表面温度相对却没有那么高。

1月29日，NASA发布公告称，“帕克”太阳探测器完成第四次近日飞行，飞行速度超过每小时39.3万千米，再次创造人类航天器最快飞行速度。

NASA表示，随着“太阳轨道飞行器”发射升空，这两款太阳探测器有望携手工作：当“帕克”太阳探测器近距离采样太阳粒子时，“太阳轨道飞行器”将从远方给太阳拍照。而且，这两个航天器有时也会“携手办公”，在不同时间测量相同的磁力线。

田晖最后指出，太阳探测一直是世界强国空间探测的重点，从1995年至今，美、欧、日等国一共发射了近10颗太阳探测卫星，我国首颗太阳探测卫星——先进天基太阳天文台(ASO-S)也将于2022年前后发射，它将同时对太阳爆发及驱动爆发的太阳磁场进行观测。此外，中国现已拥有怀柔、明安图、抚仙湖等大型太阳观测基地，中国太阳物理界正努力推动下一代地面大望远镜的立项，以保持我国在地面太阳探测方面的国际地位。