2022年9月，一條蜿蜒曲折的“太陽蛇”以170公里/秒的速度滑過太陽表面。圖片來源：美國國家航空航天局/太陽軌道飛行器團(tuán)隊

科技日報記者?劉霞

科學(xué)家研制出的太陽探測器，正作為人類的“眼睛”，以前所未有的近距離凝視太陽。這些追日“夸父”的觀測，正在改寫科學(xué)家對太陽的理解。

英國《自然》網(wǎng)站援引美國西南研究所太陽物理學(xué)家丹·錫頓的話指出，人類正身處這個領(lǐng)域研究范式發(fā)生轉(zhuǎn)變的時刻。

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太陽風(fēng)暴會在兩極形成絢爛的極光，但其有多美麗就有多危險，它可讓高能粒子波席卷地球，破壞通信并摧毀電網(wǎng)。2022年2月，太空探索技術(shù)公司新發(fā)射的49顆通信衛(wèi)星中，就有38顆墜落地球。因為一場太陽風(fēng)暴導(dǎo)致地球大氣層密度增加，對衛(wèi)星產(chǎn)生了額外的阻力，將其拉出軌道。

為了解太陽活動并預(yù)測其對地球的影響，多年來，科學(xué)家建造了各種太陽探測器：有些位于地球軌道；另一些則駐扎在地球和太陽之間或遠(yuǎn)離地球軌道，以更好地了解太陽風(fēng)暴何時到來。但直到帕克太陽探測器（2018年發(fā)射）和太陽軌道飛行器（2020年發(fā)射）開始“追日”，人類才能近距離凝視并觀察太陽。

今年9月27日，美國國家航空航天局（NASA）研制的、身價15億美元的帕克太陽探測器在繞日飛行過程中，以635266公里/小時的速度穿越太陽系，打破了其3年前創(chuàng)下的586863.4公里/小時的紀(jì)錄，成為迄今人類制造的最快物體。它還同時創(chuàng)下離太陽最近新紀(jì)錄：其距太陽表面僅726萬公里。位于其附近的、由歐洲空間局和NASA攜手研制的太陽軌道飛行器見證了這一壯舉。

哈佛—史密森天體物理中心（CfA）的太陽物理學(xué)家凱瑟琳·里弗斯指出，帕克太陽探測器處于一個環(huán)形軌道上，隨著時間的推移，它離太陽越來越近，使它能夠掠過太陽的大氣層，在比以往任何航天器都更近的距離內(nèi)測量太陽的粒子和磁場。太陽軌道飛行器則在較遠(yuǎn)的軌道上飛行，但它擁有高分辨率相機(jī)，可顯示明亮的太陽耀斑、微小的等離子體噴流和太陽的其他細(xì)節(jié)。

并肩作戰(zhàn)

這兩個探測器大多數(shù)時候“各自為政”，但偶爾也會并肩作戰(zhàn)。太陽軌道飛行器項目科學(xué)家丹尼爾·穆勒指出，2022年6月，這兩臺探測器處于特別有趣的對齊狀態(tài)，開展了聯(lián)合觀測，首次測量了溫度從太陽表面上升到其大氣層的速度。

此外，2021年4月，太陽軌道飛行器在與帕克太陽探測器“會師”的途中，捕捉到了來自太陽背面物質(zhì)的噴發(fā)。幾個小時后，一股帶電粒子的浪潮吞沒了帕克太陽探測器。這兩臺探測器近距離測量，使科學(xué)家能以前所未有的細(xì)節(jié)追蹤物質(zhì)噴發(fā)，闡明這些噴發(fā)是如何開始和演變的。CfA天體物理學(xué)家塔蒂亞娜·涅姆布若指出，太陽軌道飛行器能識別出太陽噴發(fā)的特定區(qū)域；帕克太陽探測器在噴發(fā)沖過航天器之前拍攝了日冕物質(zhì)拋射的照片，這是首次進(jìn)行此類測量。

對太陽物理學(xué)家來說，更令他們興奮的是2022年9月的太陽爆發(fā)，這是有記錄以來速度最快、能量最強(qiáng)的太陽爆發(fā)之一。2022年9月5日，一條蜿蜒曲折的“太陽蛇”以170公里/秒的速度滑過太陽表面，這一壯觀的景象正好被太陽軌道飛行器捕獲，當(dāng)時它正在近距離探測太陽。科學(xué)家解釋稱，這條“蛇”其實是一“管”涼爽的等離子體懸浮在太陽較熱的大氣磁場中，是隨后爆發(fā)太陽磁暴的先兆。

逡巡數(shù)小時后，這條“蛇”的發(fā)源地爆發(fā)了太陽磁暴，將數(shù)十噸等離子體噴射到太空中。這些日冕物質(zhì)拋射幾乎直接擊中了帕克太陽探測器，但這款航天器經(jīng)受住了考驗，并在幾天后向地球傳回“一切順利”的信號。

科學(xué)家一直在分析這次噴發(fā)的觀測結(jié)果。約翰斯·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室太陽物理學(xué)家、帕克太陽探測器首席研究員努爾·拉烏阿菲表示，這一事件的細(xì)節(jié)、復(fù)雜性和暴力程度，以前從未見過，令人印象深刻。

前赴后繼

除上述兩款“網(wǎng)紅”太陽探測器外，還有一些太陽探測器也不甘示弱，正在或擬對太陽開展研究。例如，印度的“Aditya-L1”太陽探測器于今年9月發(fā)射，在之后4個月內(nèi)將行駛約150萬公里，最終進(jìn)入圍繞第一拉格朗日點的軌道，這個位置允許連續(xù)觀測太陽，為觀測太陽活動提供了獨特的優(yōu)勢。

丹尼爾·井上太陽望遠(yuǎn)鏡坐落于美國夏威夷毛伊島，高4米，于2020年投入運(yùn)營。美國國家太陽天文臺高級科學(xué)家亞歷山大·特里奇勒指出，只要有可能，井上太陽望遠(yuǎn)鏡就會在帕克太陽探測器靠近太陽的同時進(jìn)行觀測。此外，井上太陽望遠(yuǎn)鏡去年也與太陽軌道飛行器攜手，研究了太陽的同一片區(qū)域。相關(guān)數(shù)據(jù)仍在分析中。

特里奇勒表示，太陽軌道飛行器將繼續(xù)運(yùn)行至少7年，其軌道離太陽會越來越近，因此它將更多地俯視太陽的兩極而非赤道。帕克太陽探測器距離太陽大氣層最近的一次飛越將在2024年12月到來，未來幾年科學(xué)家將獲得大量新發(fā)現(xiàn)。