# 人类将首次拍下太阳两极的照片，这可能和每个人都密切相关

- 作者：李超凡
- 发布时间：2020-02-10 17:04
- 分类：商业
- 原文：https://www.ifanr.com/1307139

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今天中午，在大洋彼岸的黑夜中，美国宇航局（NASA）和欧洲航天局（ESA）联手开发的[「太阳轨道飞行器」（ Solar Orbiter）](https://blogs.nasa.gov/solarorbiter/)，从卡纳维拉尔角空军基地发射升空。

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这个飞行器最终的目的地，就是带给地球黎明的太阳，它将首次拍下太阳两极的图像，开启人类探索太阳的一段新征程。

### 有史以来离太阳最近的相机，将首次拍下太阳两极照片

尽管人类对太阳的观测已经有很长一段时间，不久前世界最大的太阳望远镜还公布了[首批高清太阳照片](http://www.xinhuanet.com/tech/2020-02/02/c_1125521485.htm)，但所有观测太阳的成像仪器，都只能拍到[黄道面（ecliptic plane）](https://zh.wikipedia.org/zh-hans/%E9%BB%83%E9%81%93%E9%9D%A2)角度的太阳，从未观测过太阳的两极。

所谓黄道面，就是地球以及其他行星围绕太阳公转的平面。而太阳轨道飞行器则要脱离黄道面，以鸟瞰视角对太阳两极进行观测。

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其实这并不是第一个尝试飞越太阳两极的飞行器，1990 年美国宇航局（NASA）和欧洲航天局（ESA）就曾合作，将[尤利西斯号太阳探测器（Ulysses）](https://zh.wikipedia.org/zh-hans/%E5%B0%A4%E5%88%A9%E8%A5%BF%E6%96%AF%E5%8F%B7)发射升空，尤利西斯号在 2009 年退役前，曾绕太阳飞行了三圈。

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▲尤利西斯号太阳探测器.



虽然尤利西斯号也曾掠过太阳两极，但与太阳的最近距离比日地距离还要远，而且它只携带了原位仪器（in situ instrument），只能测量飞船周围的太阳风情况。

而这一次的太阳轨道飞行器，在最近的时候距离太阳表面只有 2600 万英里（约 4184 万公里），这将比距离太阳最近的行星水星（ 5800 万公里）更接近太阳，这也是观测太阳的理想距离。

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通过太阳轨道飞行器携带的4 台原位仪器和 6 台遥感成像仪，人类将首次拍下太阳两极的照片，这也是有史以来最接近太阳的相机。这次任务 NASA 副项目科学Teresa Nieves-Chinchilla [表示](https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/new-mission-will-take-first-peek-at-sun-s-poles)：

> 我们能够绘制出原位仪器观所「触摸」到的太空环境，以及遥感成像仪「看到」的太阳。

不过飞行器要逃离黄道面也不容易，这需要更大的能量，太阳轨道飞行器将利用地球和金星的引力，将自己弹射到两极的观察区域。

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▲ 太阳轨道飞行器的预计飞行轨道. 图片来自：ESA



这其实是利用了航天动力学中的「弹弓效应」，通过行星或其他天体的相对运动和引力改变飞行器的轨道和速度，以此来节省燃料、时间和成本。

这样的场景在科幻电影《星际穿越》就曾出现，电影中飞船燃料不足，宇航员只能通过多次飞近一颗引力巨大的黑洞，从而获得了加速度以抵达下一个星球。

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▲《星际穿越》剧照



据 NASA 介绍，在太阳轨道飞行器的设计寿命为 7 年，将在太阳赤道高 24 度的倾斜面上运行，3 年后倾斜将达到 33 度。

飞行器靠近太阳后，面临的则是超高温的考验。要知道被太阳高温炙烤的水星，白天温度就到达 430 ℃，而比水星更接近的太阳的飞行器，所要承受的温度更高，在这样的高温下，太空探测器和众多仪器往往难以正常工作。

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▲ 太阳轨道飞行器的隔热罩.



因此太阳轨道飞行器采用一种定制的钛隔热罩，上面覆盖了磷酸钙涂层，可以承受超过 900 华氏度（约 480 ℃）的高温，其中 5 个遥感成像仪测将通过隔热罩上的窥视孔观测太阳，隔热罩后的仪器的温梯度能在保持在零下 4 华氏度到零下 122 华氏度之间。

正如欧洲航天局的科学家 Daniel Müller [所说](https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/new-mission-will-take-first-peek-at-sun-s-poles)，这将进入一个未知的世界。

### 太阳两极背后的秘密，可能和每个地球人都有关系

为什么要千里迢迢给太阳两极拍照？因为在太阳两极发生的事，可能对太空中的航天器、宇航员。乃至地球上每个人都会造成不小的影响。

这要从太阳黑子说起，1843 年德国天文学家 Samuel Heinrich Schwabe 发现太阳黑子存在周期性的变化。在为期 11 年的周期里，太阳黑子数先增加，然后逐渐下降至初始水平，而太阳的两极的磁场，每 11 年也会翻转一次。

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▲太阳耀斑. 图片来自：NASA



在太阳磁场翻转前夕，太阳黑子活动会达到顶峰，太阳风暴也出现的最为频繁。

当这些太阳风暴袭击地球，会对地球磁场产生扰动，不仅会对干扰 GPS和通信卫星，威胁太空中宇航员的生命，地球大量电子设备和基础设施也可能受到波及。

在 1859 年 9 月，地球曾遭遇了有记载以来最强烈的太阳风暴，全球多地都出现了绚丽的极光，而同时欧洲和北美的电报系统却彻底瘫痪，电报机自动起火，甚至有发报员遭遇电击，史称「[卡灵顿事件](https://zh.wikipedia.org/wiki/1859%E5%B9%B4%E5%A4%AA%E9%99%BD%E9%A2%A8%E6%9A%B4)」

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▲ 图片来自：Amino Apps



类似的事情发生了不止一两次。[1989 年的 3 月的一次太阳风暴](http://www.hydroquebec.com/learning/notions-de-base/tempete-mars-1989.html)，就让加拿大魁北克省电网瘫痪，全省停电超过 9 个小时。同时美国新泽西州的[塞伦核电站](https://modernsurvivalblog.com/solar-cycle/solar-superstorm-1859-it-can-happen-again/)也严重损毁。

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▲新泽西塞伦核电站损毁的变压器. 图片来自：[Modern Survival Blog](https://modernsurvivalblog.com/solar-cycle/solar-superstorm-1859-it-can-happen-again/)



在这个高度依赖电网、卫星导航和各种电子设备的的现代社会，太阳风暴给我们造成影响将更加巨大。根据美国科学院 2011 年的[一份报告](http://lasp.colorado.edu/home/wp-content/uploads/2011/07/lowres-Severe-Space-Weather-FINAL.pdf)，如果发生超级太阳风暴，第一年就可能给美国带来 1-2 万亿美元的损失，而风暴后的重建时间可能需要 4-10 年。

要避免太阳风暴对我们造成影响，首先就要搞清楚其形成的原理。科学家认为，太阳风暴的形成可能与太阳黑子 11 年的活动周期有关，但科学家一直无法搞清楚为什么这个周期是 11 年，NASA 科学家 Holly Gilbert [认为](https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/new-mission-will-take-first-peek-at-sun-s-poles)，观测太阳两极磁场的变化或许可以找到答案。

> 太阳两极对于我们进行精确建模来说尤为重要，为了能预测太空天气事件，我们需要一个非常精确的太阳全球磁场模型。

### 与帕克太阳探测器合作，破解更多未解之谜

太阳轨道飞行器是 NASA 是近年来对内层太阳系的第二次主要探测任务，2018 年 8 月，NASA 斥资 15 亿美元打造的[帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）](https://www.ifanr.com/1082980)就开始了逐日之旅。

帕克太阳探测器是有史以来距离太阳最近的探测器，也是人造航天器首次抵达恒星大气层。在 1 月 29 日，帕克太阳探测器才刚刚完成了第四次近日飞行，最近的时候距离太阳表面只有 400 万英里（约 640 万公里）。

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而在不久的将来，太阳轨道飞行器会与帕克太阳探测器协同工作，帕克太阳器在近距离对太阳粒子进行采样，而太阳轨道飞行器则在更远处拍摄太阳的图像，科学家会将两者的观测结果整合到一起。

此外当两个探测器偶尔处于统一水平线上时，还会在不同的时间点对同样的太阳磁场线或太阳风流束进行测量。NASA 科学家 Nieves-Chinchilla [表示](https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/esa-nasa-solar-orbiter-launch-voyage-to-sun-heat-shield)，两个探测器一同进入轨道是航天史上一个巨大里程碑。

> 这是太阳物理学家数十年来一直在等待的事情。在未来十年，两者必将共同改变这一领域。

跟帕克太阳探测器，当太阳轨道飞行器完成任务后，不太可能再返回地球了，除了隔热罩的部分都会被燃烧殆尽，只剩下隔热罩绕着太阳旋转，数千年后，这会成为人类探索太阳的印记，就像果壳网编辑 [@Ent\_evo](https://weibo.com/1649614847/Gu11t8ddb?filter=hot&root_comment_id=0) 畅想的那样：

> 也许当智慧生命第二次在地球上诞生的时候，会注意到太阳边上的一个明亮小物体。也许这将是伊卡洛斯飞得离太阳最近的一次。

题图及部分配图来自：NASA