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太陽物理學黃金時代精彩繼續
2020-02-20 00:02
來源:科技日報
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  “太陽軌道飛行器”(左)和“帕克”太陽探測器。圖片來源:歐空局網站

  今日視點

  北京時間2月10日12:03,歐洲空間局(ESA)和美國國家航空航天局(NASA)攜手研制的“太陽軌道飛行器”(以下簡稱“太陽軌道器”)成功發射,它將首次給太陽南北兩極拍“正面照”,揭示太陽磁場的奧秘。這是繼2018年升空的“帕克”太陽探測器(以下簡稱“帕克”)之后,人類近期向太陽派遣的第二位使者。

  北京大學地球與空間科學學院教授、中科院太陽活動重點實驗室主任田暉激動地對科技日報記者表示:“1995年以來,人類共發射9顆太陽觀測衛星。此外,地面上也有多臺太陽光學望遠鏡和射電望遠鏡,還有至少5顆太陽觀測衛星蓄勢待發。在這些設施的加持下,太陽物理學正處于并將在未來至少20年內繼續處于黃金時代!”

  雙劍合璧

  太陽提供的能量讓生命得以在地球上繁衍生息,但太陽的“性格”復雜多變,耀斑、日冕物質拋射及它們所產生的高能帶電粒子等極端事件會給在太空作業的宇航員、人造衛星乃至地球生命帶來危害,因此,更好地了解太陽的“一舉一動”非常重要。

  田暉指出:“太陽還是一個天然的物理學實驗室,對太陽的研究極大地促進了等離子體物理學、粒子物理學等學科的發展。更重要的是,作為唯一可以進行高空間分辨率觀測的恒星,太陽觀測對于我們了解其他恒星上的物理過程具有獨一無二的參考價值?!?/font>

  據ESA網站介紹,“太陽軌道器”將近距離研究太陽,首次對太陽極區開展高分辨率觀測,讓人們窺視太陽兩極的“真容”,更好地理解日地關系。ESA科學主管君特·哈辛格說:“‘太陽軌道器’任務結束時,我們將比以往任何時候都更了解導致太陽行為不斷變化背后的神秘力量及其對地球的影響?!?/font>

  NASA副局長托馬斯·楚比興說:“‘太陽軌道器’將與‘帕克’‘雙劍合璧’,刷新我們對太陽的認識?!?/font>

  “帕克”比“太陽軌道器”更近距離“觸摸”太陽,研究太陽風如何產生,但它沒有相機給太陽拍照;而“太陽軌道器”與太陽距離適中,可對太陽遠程拍照及原位測量,并首次觀察太陽兩極。NASA“太陽軌道器”科學家霍利·吉爾伯特說:“這兩大探測器的非凡冒險,可以幫助我們揭示太陽及其大氣層的奧秘?!?/font>

  楚比興進一步指出:“我們正邁入太陽物理學新時代!這些探測器將改變太陽研究的面貌,幫助宇航員在執行‘阿耳忒彌斯’登月任務時更安全?!?/font>

  各懷絕技

  從古至今,人們對太陽一直充滿好奇,“夸父逐日”的故事流傳數千年不衰。太陽還有很多未解之謎。如太陽爆發是怎么產生的?日冕百萬攝氏度高溫是如何維持的?黑子周期是如何形成的?等等。為此,人類朝太陽派出了不少“使者”。

  田暉說:“20世紀60年代到90年代初,美國、日本等國先后成功發射了多顆太陽觀測衛星。自1995年來,人類不到3年就發射一顆太陽觀測科學衛星,迄今已有9顆。包括‘太陽和日球層天文臺’(SOHO)、‘太陽過渡區與日冕探測器’(TRACE)、‘拉馬第高能太陽光譜成像探測器’(RHESSI)、‘日出’(Hinode)衛星、‘日地關系天文臺’(STEREO)、‘太陽動力學天文臺’(SDO)、‘太陽界面區成像光譜儀衛星’(IRIS)、‘帕克’(PSP)和‘太陽軌道器’。這些科學衛星各個‘身懷絕技’,除TRACE和RHESSI已退役外,其他7顆衛星都在軌正常運行,為人類揭示太陽的奧秘?!?/font>

  田暉介紹說,1995年發射、美歐聯合研制的SOHO衛星能給太陽進行“全身體檢”。它已完整覆蓋兩個11年太陽周期,在太陽內部結構、太陽磁場演化、日冕加熱、太陽風起源、日冕物質拋射等重要課題上極大地更新了我們的認知,“可以說,SOHO衛星對太陽物理的知識體系具有革命性的影響”。

  2006年發射的Hinode衛星項目由日本、美國、歐洲三方合作,其太陽磁場觀測、極紫外光譜測量和軟X射線成像觀測在當時均達到世界最好水平,大大增進了人們對太陽小尺度磁活動、日冕動力學等方面的認識。

  美國2013年發射的IRIS衛星則主要關注太陽表面和日冕之間的色球層和過渡區。這兩個層次在太陽大氣中的物質和能量傳輸中占據關鍵位置。IRIS衛星也首次實現了對太陽過渡區的直接成像,其觀測在過渡區動力學和低層大氣活動等方面取得了一系列突破性的進展。

  精彩繼續

  田暉表示:“‘太陽軌道器’的成功發射,并不意味著人類探測太陽腳步的停歇。未來5年,人類還將發射至少5顆太陽探測衛星:中國的‘先進天基太陽天文臺’(ASO-S)、太陽探測雙超平臺技術試驗衛星;印度的‘阿迪蒂亞一號’(Aditya-L1);NASA的‘統一日冕和日球層偏振衛星’(PUNCH)及ESA的‘普羅巴3號’(Proba-3)?!?/font>

  田暉介紹,這5款太陽探測器也各負使命。ASO-S將觀測太陽爆發及驅動爆發的太陽磁場,也將同時觀測太陽耀斑和日冕物質拋射,研究這兩者間的相互關系和形成規律。ASO-S擬于2022年前后升空;太陽探測雙超平臺技術試驗衛星將通過高光譜掃描成像方法,在Hα譜線的不同波長位置實現全日面成像,該衛星計劃2020年發射。

  印度空間研究組織(ISRO)將于2021年前后發射該國首顆太陽探測衛星Aditya-L1,主要研究日冕動力學,兼具觀測太陽色球層和光球層等任務。

  PUNCH任務是NASA最新批準立項的一顆衛星,它將直接關注日冕及其如何產生太陽風,還將跟蹤日冕物質拋射——其可驅動地球附近的災害性空間天氣事件,如地磁暴。PUNCH衛星計劃2023年發射。

  據物理學家組織網2月10日報道,“太陽軌道器”成功發射之后,ESA擬再接再厲,派遣兩顆衛星組成的Proba-3任務觀測日冕。Proba-3將創造人工日全食,使天體物理學家們未來能持續觀察日全食6小時而非現在的短短幾分鐘,從而獲得日冕的清晰圖像,揭示其百萬攝氏度高溫及爆發活動的奧秘。Proba-3計劃于2022年中期發射。

  田暉進一步介紹:“除上述天基太陽探測器,地面上還有多臺光學望遠鏡和射電望遠鏡,包括目前性能最強的太陽望遠鏡丹尼爾·井上太陽望遠鏡,我國的新真空太陽望遠鏡(位于云南撫仙湖)和明安圖射電日像儀(位于內蒙古明安圖)等?!?/font>

  “這些太陽觀測設施,讓太陽物理學黃金時代的精彩得以繼續。此外,我國太陽物理界也正在大力推進地面大口徑太陽望遠鏡和太陽立體探測衛星計劃,如能成功立項,將大大加強我國太陽物理學研究在國際上的地位?!碧飼煗M懷期待地說。(記者 劉 霞)


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