欧洲的太阳轨道飞行器任务

我们将从欧洲的太阳轨道飞行器任务中学到五件事……
2020年2月13日

太阳

太阳,太阳耀斑

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2月9日(星期日)当地时间23点03分,欧洲最新的太阳研究任务将从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空。欧洲航天局(ESA)的这一名为“太阳轨道飞行器”(Solar Orbiter)的任务将前往水星轨道内部,以前所未有的方式研究太阳,并传回令人惊叹的太阳表面新图像。这个长达十年的任务配备了仪器和照相机,将为科学家们正在进行的太阳研究提供关键信息。我们采访了三位太阳物理学家,讨论了这次任务可能教给我们的东西,以及它可能最终帮助我们解决的关于太阳的五个未解之谜。

在整个任务过程中,太阳轨道器的最小距离将达到地日距离的0.28%,这可能持续到本世纪20年代的剩余时间。除了美国宇航局正在进行的帕克太阳探测器任务之外,没有其他任务能更接近太阳,帕克太阳探测器的距离只有地球-太阳距离的0.04倍。

来自芬兰赫尔辛基大学的Emilia Kilpua博士是SolMAG项目的协调员,该项目研究太阳等离子体的喷发,即日冕物质抛射(cme)。她说,帕克太阳探测器所缺乏的一套摄像机将使太阳轨道器有机会收集到比之前任何航天器都要好得多的数据,帮助我们监测日冕物质抛射。

她说:“太阳轨道飞行器的一大优点是,它将覆盖很多不同的距离,所以我们可以真正捕捉到日冕物质抛射从太阳到地球的过程。”日冕物质抛射会在地球上引起空间天气事件,干扰我们的卫星,所以这可以为我们提供一个更好的预警系统,当它们朝我们的方向移动时。

为什么太阳会吹出超音速的风

关于太阳的一个悬而未决的主要问题是它的外层大气,也就是日冕。来自法国图卢兹天体物理学和行星学研究所的亚历克西斯·鲁拉德博士是一个名为SLOW_SOURCE的太阳风研究项目的协调员,他说:“它被加热到(超过)100万度,我们目前还不知道它为什么这么热。”“它的温度是太阳表面温度的200倍以上。”

高温日冕的一个后果是,太阳的大气层无法被它的引力所控制,所以它有一股持续不断的粒子风吹向太空,被称为太阳风。这种风的速度超过每秒250公里,最高可达每秒800公里,我们目前还不知道这种风是如何被推向超音速的。

Rouillard博士希望利用太阳轨道飞行器研究较慢的太阳风,这可能有助于我们解释像太阳这样的恒星是如何产生超音速风的。他说:“通过更接近太阳,我们收集了更多(原始)粒子。”太阳轨道飞行器将提供前所未有的太阳风成分测量数据。我们将能够开发出风是如何被推向太空的模型。”

它的两极长什么样啊

在执行任务的过程中,太阳轨道飞行器将多次与金星相遇。每次这样做,航天器的轨道角度都会稍微升高,直到它升到行星上方。如果这项任务如期延长到2030年,它的倾角将达到33度,这将使我们首次看到太阳的两极。

除了令人着迷之外,这里还可以做一些重要的科学研究。通过测量太阳两极的磁场,科学家们希望更好地了解太阳是如何以及为什么经历了11年的活动周期,最终以其磁极翻转为高潮。它们将在本世纪20年代中期再次翻转。

鲁拉德博士说:“通过了解磁场在两极地区的分布和演变,我们对太阳的周期有了新的认识。”“每隔11年,太阳就会从最小活动状态进入最大活动状态。通过从高纬度测量,它将为我们提供关于(太阳)磁场循环演变的新见解。”

为什么它有极地“冠”?

太阳偶尔会从其表面喷出巨大的臂状物质环,这被称为日珥。它们从它的表面延伸到日冕,但它们的形成还不完全清楚。然而,太阳轨道飞行器将给我们最详细的观察。

比利时鲁汶大学(KU Leuven)的罗尼·凯彭斯(Rony Keppens)教授说:“我们将对一些活跃区域及其相关日珥有非常复杂的看法。”凯彭斯是一个名为PROMINENT的项目的协调员,该项目正在研究太阳日珥。“这将有可能在一秒钟内产生多个图像。这意味着一些以前从未见过的动态现在将首次被可视化。”

一些太阳最大的日珥出现在它的两极附近,所以通过提高它的倾角,太阳轨道器将给我们一个独特的视角来观察这些现象。凯彭斯教授说,这种现象被称为极冕日珥,因为它们就像太阳头上的日冕。“它们环绕两极地区,寿命很长,可以持续数周或数月。事实上,太阳轨道器将有极地地区的第一手资料,这将是令人兴奋的,特别是对日珥的研究。

它是如何控制太阳系的

通过使用太阳轨道器研究太阳,科学家们希望更好地了解它的喷发是如何进入太阳系的,如何在我们银河系的太阳周围形成一个被称为日球层的活动气泡。这当然会在地球上产生太空天气,所以研究它对我们自己的星球很重要。

Keppens教授说:“我们的一个想法是测量太阳赤道带活跃区域的太阳磁场。”“我们将把这些数据推断到日冕中,然后使用模拟来尝试模拟这些喷发是如何发生的,以及如何进入日球层的。”

因此,太阳轨道器不仅能让我们更好地了解太阳本身,还能让我们了解太阳是如何影响地球等行星的。除了第一张两极的照片和最接近其表面的照片,太阳轨道器将让我们前所未有地了解我们称之为家的恒星是如何运作的。

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