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太陽軌道飛行器:能給烈日拍高清照片的超級照相機 – BBC News 中文


歐美合作太陽軌道飛行器模擬圖圖片版權
ESA

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SolO需時近兩年飛往太陽附近軌道。

中國古時有“后羿射日”、“嫦娥奔月”的傳說,今天,地球上的人類已多次發射探測器“奔日”,最新發射的歐洲“太陽軌道飛行器”(Solar Orbiter)更朝著近觀太陽南北兩極的目標前進。

“太陽軌道飛行器” 由歐洲空間局(ESA,又譯歐洲航天局或歐洲太空總署)牽頭研發,再交由美國國家航空航天局(NASA,又譯美國宇航局或美國太空總署)發射。

飛行器於美國東部時間星期天(2月9日)深夜從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地順利升空,整項任務為期七年,其中從地球飛往太陽需時約兩年,預計在2021年11月到達執行任務位置。

科學家預期,耗資15億歐元(16億美元;114億元人民幣)的“太陽軌道飛行器”為人類發回前所未見的太陽高清照片與視頻,但其意義不僅僅是一台高清照相機。 BBC科學事務記者喬納森·阿莫斯(Jonathan Amos)指出,研究人員還希望從中加深了解這顆恆星的動態特性。

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“太陽軌道飛行器”將嘗試窺看太陽南、北極等地的高清面貌。

太陽軌道飛行器有何獨特之處?

簡稱“單飛”(SolO)的“太陽軌道飛行器”配備了六台成像儀與四組原位測試儀器(in-situ instruments),將在一條距離太陽表面4200萬公里的軌道上圍繞太陽運行,比水星更貼近太陽。水星的氣溫本來已經極其熾熱。

因此,飛行器得在一個大型鈦罩的保護下工作,儀器透過窺視孔拍照或採樣完畢後,窺視孔必須關上,否則機器恐會溶化。

歐洲航空業巨頭空中客車旗下的空客國防與航天公司(Airbus Defence and Space)承建“太陽軌道飛行器”。項目工程師米歇爾·斯普雷克博士(Dr Michelle Sprake)向BBC介紹說:“為了確保這飛船能承受高達600攝氏度的高溫,我們開發了一系列的嶄新技術。”

“我們還用上了烤過的動物骨頭來製造塗層,來確保飛船不會過熱。”

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Reuters

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太陽軌道飛行器在月色下踏上征途。

關於太陽

太陽軌道飛行器除了要拍照,還要做什麼?

太陽不時噴射出數以十億噸計的物質,稱為“太陽風”(solar wind),會干擾磁場,影響到地球上的活動。如果“太陽風”太強,來到地球就會形成“太陽風暴”(solar storm或geomagnetic storm),妨礙人造衛星與無線電通信運作,甚至導致供電網絡斷路。

太陽軌道飛行器上的原位測試儀器將採樣太陽噴射出來的電漿體(plasma,又稱等離子體)與磁場。研究人員希望,這項任務能協助改善對太陽風暴的預測。

倫敦帝國理工學院(Imperial College London)物理學家蒂姆·霍伯里教授(Prof Tim Horbury)為飛行器上的磁力儀(磁強計)擔任課題組長。他說:“太陽軌道飛行器研究的就是太陽表面在發生什麼事情,還有太空在發生什麼事情。”

“我們得走近太陽,找出個源頭,測量從那跑出來的粒子與磁場。就是這樣的研究組合,加上其獨特運行軌道,讓太陽軌道飛行器能強有力的調研太陽是如何運轉,太陽是怎樣影響太陽系。”

而這獨特的軌道有望讓SolO脫離黃道面, 即太陽繞地球旋轉的軌道平面,俯瞰太陽的北極與南極。

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AIRBUS

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工程人員花費八年時間建成SolO飛船。

倫敦大學學院(University College London)空間與氣候物理學系教授露西·葛琳(Prof Lucie Green)對BBC指出:“我們還不掌握為什麼太陽活動存在著11年的興衰週期,我們受到一些觀測短缺阻礙,無法確定哪些既有理論是正確的,而這觀測短缺正是對太陽南北兩極的觀測。”

研究人員到底預期能看到什麼,他們也說不清,但SolO預計將能探測到太陽活動快將出現變化的徵兆。

歐洲空間局“太陽軌道飛行器”項目科學家丹尼爾·穆勒博士(Dr Daniel Müller)推測:“我們相信能在下一個週期展開之初,從極地看到端倪,而這端倪將是磁場的聚集。”

科學界近期還將開展哪些“探日”項目?

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井上健太陽望遠鏡(DKIST)在“開光”之日拍下了這些震撼鏡頭。

BBC科學事務記者阿莫斯形容,2020年代將是太陽物理學取得長足進展的黃金時代。

2018年8月,美國宇航局發射了“派克太陽探測器”(Parker Solar Probe),SolO可謂追隨著派克號的步伐“奔日”。這兩台探測器的任務目標以至於裝備都有相似之處,不過身型略小的派克號將比SolO走得更前,飛行至距離太陽表面620萬公里處,穿越太陽的外大氣層,探測並追踪日冕(corona)的能量流動。

而就在2019年12月,坐落於美國夏威夷茂宜島的井上健太陽望遠鏡(Daniel Ken Inouye Solar Telescope; DKIST)正式“開光”(first light)。這台4米口徑的望遠鏡能看到並拍攝太陽表面最小直徑30公里的範圍,2020年1月發布的“開光”影像就精細記錄了電漿體在太陽表面沸騰的情景。

歐洲空間局科學總監岡瑟·哈辛格教授(Prof Günther Hasinger)說:“SolO就像是個研究內太陽系任務的家族成員。我就當這是一個交響樂團,每一件樂器都在響著不同的音調,但它們共同吹奏著一曲太陽協奏曲。”

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ESA – S. Corvaja

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SolO飛船要打開隔熱罩上的窺視孔才能拍攝,但工作結束後要關上,否則陽光足以讓飛船上的鏡頭溶化。

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