从2月7日在NASA肯尼迪航天中心发射前的科学简报中下载相关材料

这将是一个漆黑的冬天的夜晚,太阳轨道飞行器从佛罗里达发射升空,前往地球上所有光的来源,即太阳。

这次任务由欧洲航天局和NASA合作,计划于2020年2月9日开始,在美国东部时间晚上11点03分开启的两个小时的发射窗口期间,两吨重的宇宙飞船将由联合发射联盟的阿特拉斯五号火箭从卡纳维拉尔角发射。

为了观察太阳的南北两极,太阳轨道飞行器将会离开黄道平面——与太阳赤道大致平行的空间带,行星就是通过黄道平面运行的。飞船掠过地球,反复绕着金星飞行,将会靠近太阳,并向黄道上方爬升,直到能鸟瞰两极。

在那里,太阳轨道飞行器将试图回答关于太阳的基本问题,太阳的每一次打嗝和微风都会影响太阳系。是什么驱动了太阳风,也就是从太阳不断吹来的带电粒子的阵风?或者,是什么在太阳内部深处的搅动产生了它的磁场?太阳的磁场是如何形成日光层,即由我们的恒星控制的广阔空间?

“这些问题并不新鲜,”位于马德里的欧洲空间天文学中心的欧洲航天局副项目科学家亚尼斯·佐加内利斯说。“我们仍然不了解我们太阳的基本情况。”

太阳轨道飞行器任务概述
来源: NASA’s Goddard Space Flight Center/Joy Ng

在解决这些谜题的过程中,科学家们试图更好地了解太阳是如何影响太空天气的,太空条件可能会影响宇航员卫星以及无线电GPS等日常技术。

在接下来的七年中,太阳轨道飞行器将向太阳移动约2600万英里,大约是地球到恒星距离的三分之二。它将在黄道上方爬升24度,以便看到两极和太阳的远端。

太阳轨道器高度倾斜轨道的一部分的动画。
来源:ESA/ATG medialab

“我们不知道会看到什么,”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的美国宇航局副项目科学家特雷莎·尼维斯·钦奇利亚说。 “在未来几年,我们对太阳的看法将发生很大变化。”

使它的灼热之旅成为可能的是一个隔热板,上面有一层黑色的磷酸钙涂层,这是一种类似木炭的粉末,类似于数万年前用于穴壁画的颜料。除了一架望远镜外,其他所有的望远镜都通过隔热板上的小孔进行观测。在最接近的时候,防护罩的正面将接近1000华氏度,而隐藏在护罩后面的仪器将保持在在零下4华氏度到零下122华氏度之间的舒适范围内。

因为地球绕着黄道平面旋转,所以我们无法从远处清楚地看到两极。这有点像试图从山脚瞥见珠穆朗玛峰的顶峰。至关重要的是,在科学家用来预测太阳活动的太空天气模型中,两极仍然缺失。

就像地球的南北两极一样,太阳的两极是与太阳其他部分截然不同的极端地区。它们被日冕洞覆盖,更冷的区域是快速太阳风的发源地。在那里,科学家们希望找到太阳活动下的打结磁场的足迹。许多人认为,随着太阳活动季节从高峰转向低谷,两极掌握着下一个太阳活动周期(大约每11年一次)强度的第一手线索。

太阳轨道飞行器有10个强大的仪器阵列,就像轨道上的实验室,专门研究太阳及其爆发的细节。

荷兰欧洲空间研究与技术中心的ESA项目科学家丹尼尔·穆勒说:“太阳轨道飞行器的独特之处在于它结合了高分辨率的成像和现场仪器,获得了我们还没有看到的视角。”

穆勒说,理想情况下,太阳轨道飞行器将拍摄太阳表面的太阳风气泡,并研究从太阳吹过航天器时那阵风的特性。科学家们将首次能够精确地绘制出太阳辐射的来源。

欧洲航天局有效载荷管理人员安妮·帕克罗斯说,这些仪器也被设计成协同工作,增强了它们的观测能力。当像X射线的太阳耀斑一样短暂的东西在表面闪耀时,航天器的X射线仪器就会看到,并提醒其他人注意。

“它们会进入爆发模式,在这种模式下,它们可以更快地获取更多数据,实时响应太阳活动,”帕克罗斯说。“这将为我们提供更多的科学依据。”

太阳轨道飞行器的目的地在很大程度上是未知的,是一个很少被探索的日光层区域。它独特的有利位置是全面了解太阳活动和周期的关键。“太阳轨道飞行器”定期提供太阳远侧的图像,以及第一批太阳两极的图像,它加入了NASA太阳物理学任务小组,以了解太阳如何影响地球和所有行星的空间。

“我们所有这些惊人的任务都位于我们想要研究的地方,”位于华盛顿的NASA总部太阳物理学部门主任尼古拉·福克斯说。“它们的存在使我们能够进行大系统科学研究,比仅仅一个任务所能完成的科学研究更多。”

特别是,太阳轨道飞行器将与NASA的帕克太阳探测器紧密合作。这两个是天生的队友。他们将共同为我们提供这颗恒星前所未见的全球视野。

这两个飞行器使新的多点测量成为可能;这些对于追踪来自太阳的气流如何发展和变化是有用的。当帕克太阳探测器近距离采样热的太阳能气体时,太阳轨道飞行器可以告诉我们更多关于帕克飞过的空间的信息。或者,它们可能同时在日冕(太阳大气)中成像相同的结构,分享来自两极和赤道的视角。两个飞行器将在不同的地点进行协调观察。

“帕克太阳探测器和太阳轨道飞行器一起进入轨道,是一个巨大的里程碑,”尼维斯-钦奇利亚说。“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。”

发射后,操作小组将进行三个月的试运行,以确保仪器正常运行。一旦这个检验期结束,现场仪器就会启动;直到2021年11月太阳轨道飞行器第一次接近太阳之前,遥感仪器将一直处于巡航模式。

太阳轨道飞行器是欧洲航天局和美国宇航局之间的国际合作任务。欧洲航天局在荷兰的欧洲空间研究和技术中心(ESTEC)负责发展工作。位于德国的欧洲空间操作中心(ESOC)将在发射后运行太阳能轨道飞行器。太阳能轨道飞行器由空客防务与航天公司建造,包含10个仪器:其中9个由欧空局成员国和欧空局提供。 了NASA提供了一个仪器——SoloHI和一个额外的传感器——重离子传感器,它是太阳风分析仪(SWA)仪器套件的一部分。

参考:
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/esa-nasa-solar-orbiter-launch-voyage-to-sun-heat-shield

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