太阳轨道器发射升空,人类迎来太阳物理学的黄金时代

太阳轨道器发射升空,人类迎来太阳物理学的黄金时代

2020年2月9日(星期日),联盟Atlas V火箭从在佛罗里达州卡纳维拉尔角的卡纳维拉尔角空军基地的第41发射综合体升空。欧洲航天局和美国宇航局的太阳轨道飞行器周日晚上进入太空,这是一次空前的任务,目的是捕捉太阳难以捉摸的两极照片。图片:Jared Frankle/NASA

ESA和NASA的太阳轨道飞行器(Solar Orbiter)周日晚上飞入太空,这是一项空前的任务,目的是捕获太阳难以捉摸的第一张照片。

“我们正在去太阳的路上。前进,太阳轨道飞行器!” ESA项目经理塞萨尔·加西亚·马里罗德里加(Cesar Garcia Marirrodriga)说。“这是一个梦幻般的时刻……好吧,我们势不可挡。”

这项耗资15亿美元的航天器将与NASA的帕克太阳探测器(Parker Solar Probe,1年半前发射升空),及其危险地接近太阳以揭露其秘密。

太阳轨道器发射升空,人类迎来太阳物理学的黄金时代

发射升空 照片:Malcolm Denemark/Florida Today via AP

尽管太阳轨道飞行器无法像帕克那样冒险接近太阳的日冕 – 太阳的外部大气,但它将操纵到一个独特的平面外轨道上,使其绕过两极,这是以前从未拍摄过的。ESA科学总监冈瑟·哈辛格(Gunther Hasinger)表示,加上强大的地面观测站,这双被太阳盯着的太空二人将像个乐团。

哈辛格说:“每种乐器演奏的曲调都不同,但是它们一起演奏太阳的交响曲。”

太阳轨道飞行器与九种科学仪器一起在欧洲制造。NASA制造了第十架仪器,并安排了卡纳维拉尔角的深夜发射任务。

约1000名来自欧洲各地科学家和工程师与他们的美国同事在满月时分观看了联盟Atlas V发射升空,火箭照亮在方圆数英里的天空。人群还挤在附近的道路和海滩上。

升空后整整四分钟都可以看到火箭,像一颗璀璨的流星刺穿了夜空。欧洲的项目科学家丹尼尔·穆勒(Daniel Mueller)激动不已,称其为“完美图片”。 NASA科学家霍莉·吉尔伯特(Holly Gilbert)喊道:“一个字:哇!”

太阳轨道器发射升空,人类迎来太阳物理学的黄金时代

NASA提供的此插图描绘了太阳前方的太阳轨道飞行器。图片:ESA/ATG medialab, NASA/SDO/P. Testa (CfA)

太阳轨道飞行器是一台重1800千克的方形航天器,带有旋转的仪器臂和天线,它将在12月和明年两次绕过金星,然后再绕过地球,利用行星的引力改变其路径。全面的科学运作将于2021年下半年开始,2022年首次近距离接触太阳,此后每六个月进行一次。

按照最接近的方法,太阳轨道器将位于距离太阳4200万公里的范围内,位于水星轨道以内。

相比之下,派克太阳探测器(Parker Solar Probe)已经通过了距离太阳1860万公里的记录,这是有史以来的最高纪录,并且到2025年,它的拍摄距离将缩小到600万公里。但它并不会在太阳两极附近飞行。那是太阳轨道飞行器将发光的地方。

太阳的两极被暗黑的,不断变化的日冕孔所刺穿。它们是太阳磁场的枢纽,每11年翻转一次极性。

太阳轨道飞行器的正面视野最终应该会产生完整的3D太阳视野。

NASA太阳物理学部主任尼古拉·福克斯(Nicola Fox)说:“有了太阳天文台,就可以看到这些巨大的日冕孔结构。” “那是所有快速的太阳风来自的地方……绝对是完全不同的视角。”

为了保护敏感仪器免受太阳热量的影响,工程师设计了一种隔热罩,其外表面由黑色的烧焦炭骨架制成,类似于史前洞穴壁画中使用的涂层。3米x 2.4米的隔热板有38厘米厚,由钛箔制成,中间有缝隙以散发热量,可以承受530℃的高温。

太阳轨道器发射升空,人类迎来太阳物理学的黄金时代

太阳轨道飞行器已准备好封装在Atlas V有效载荷整流罩中。在此图像中,可以看到薄的钛箔和星形支架的前部层。前部层反射热量,而支架提供支撑。图片:NASA/Ben Smegelsky

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在德国奥托布伦的IABG设施中安装了多层绝缘材料和隔热罩之后,太阳轨道飞行器进行了首次环境测试。隔热屏(在此图像中以黑色面板显示)将为近日点附近的高太阳辐射提供保护。高科技隔热罩由几层钛保护层制成,其外层涂有一种名为“Solar Black”的保护层,该保护层专门为Solar Orbiter开发。隔热板上的滑动门覆盖了大多数遥感仪器的窥视孔。

埋在隔热罩中的是五个不同大小的窥视孔,它们将保持足够长的打开时间,以便科学仪器可以在X射线、紫外线、可见光和其他波长下进行测量。

这些观测结果将为其他恒星提供信息,为在其他恒星系统中的潜在宜居性提供线索。

在离家更近的地方,这些发现将有助于科学家更好地预测太空天气,这会干扰通信。

“我们需要知道太阳如何影响地球的环境,以及当我们登陆火星和月球的影响。” 设计和制造该航天器的空中客车防御与太空项目经理伊恩·沃尔特斯(Ian Walters)说。自从上次巨大的太阳风暴袭来以来,“到目前为止,我们已经很幸运了150年。我们需要预见到这一点。我们迫不及待地希望它发生。”

1990年发射的美欧尤利西斯(Ulysses)宇宙飞船飞越了太阳的两极,但距离更远。它没有搭载相机,而且十多年来一直保持沉默。

EAS和NASA于1995年发射的苏荷(Soho)航天器仍在发送有价值的太阳数据。

在过去的30年中,总共有十几艘航天器聚焦在太阳上。然而,直到现在,技术才得以使像帕克和太阳轨道飞行器这样的复杂航天器靠近而不会被炸毁。

福克斯认为这是太阳物理学的“黄金时代”。

她说:“还有很多科学要做,而且绝对是成为太阳物理学家的好时机。”


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