借力“荡出”太阳公转黄道面 i9+V<'h
rjfQ\W;}U
地球绕太阳公转的轨道所在平面与太阳的赤道所在平面大致重合,因此在地球附近或在地球公转轨道面上观测太阳的话,只能够观测到太阳赤道附近的磁场和活动现象,靠近极区或者在极区当中的情形就难以得知。 (3 B;
V
]W]Vkkg]
“太阳轨道飞行器将逐步飞出黄道面,我们将首次看到太阳两极。”参与此次任务的荷兰诺德维克欧洲空间研究与技术中心的太阳物理学家丹尼尔·穆勒说。通过飞越太阳两极,我们可以观测太阳两极的磁场和周围等离子体的物理特性和化学组成。 sgFpZk
?e yo2:-$
“发射能够绕着太阳两极飞行的飞船,使其轨道面尽可能垂直于地球公转的轨道面,这要耗费非常巨大的能量,或者说需要非常强大的火箭并耗费非常多的燃料,技术上和经济上都不合算。”林隽认为,经济合理的办法,就是先将飞船发射到地球公转的轨道上,在这个轨道平面内运动到其他行星附近,利用其他行星的引力,实现飞船的加速或减速,然后在合适的时机,启动飞船上的推进器,改变飞船的运动轨迹并飞离这颗行星。“这个过程叫行星借力。通过行星借力,一来可以提高或降低飞船的速度,二来可以改变飞船的运动轨道,比如将原来在黄道面内运动的飞船推到垂直于黄道面的轨道上。”林隽打了个比方,利用行星借力改变飞船轨道,有点像高速运动的汽车发生侧滑时的情况。一个高速运动的物体,即使受到很小的侧面推力,运动轨迹马上就会发生显著的变化。借助金星和地球的引力,SO在飞行中与金星形成轨道共振关系,定期相遇。每相遇一次,就能借助金星的引力拉近与太阳的距离,同时逐渐偏离地球公转轨道面。 ij%\ld9kd
MB:E/
据悉,在最初4年的基本任务阶段,SO运行轨道相对太阳赤道面的轨道倾角,可以达到17度,能够更清楚地观察到太阳极区。在后续的扩展任务阶段,其轨道倾角可以达到33度,对太阳极区的观测质量将会进一步提高。 0hCJovSG%
`y
m^0x8
SO能干的事还有很多 o
D^],
KeY)%{
过去唯一去过太阳两极的航天器是1990年发射的尤利西斯探测器。在2009年退役前它绕着太阳飞行了3圈,探测太阳极区太阳风和高能粒子,获得了非常丰富的资料,更新了人们关于太阳风的很多知识,但它携带的照相机没能正常工作,因此没有获得太阳极区的照片,也没有能够了解那个区域内磁场、等离子体的空间结构和演化特征。 Nqy',N
nz+DPk["
此次SO的轨道距离太阳最近时约为地日平均距离的0.28倍,最远则与地日距离相仿。“此前,没有人能够在如此近的距离拍摄太阳极区图像。”负责管理磁强计仪器的英国伦敦帝国理工学院海伦·奥布赖恩说:“我们应该能够看到一些美丽的画面。” :Bda]]Y=
]#_,?d
除了类似于望远镜的可以直接看太阳的遥感观测仪器外,SO还配备了4台局地探测仪器,用以“感受”所在位置的磁场和等离子体参数。芬兰赫尔辛基大学的科学家艾米莉亚·基尔普亚博士说:“太阳轨道飞行器的一大优点,是它的探测范围将覆盖很多不同的距离,因此当日冕物质从太阳发射到地球时,我们可以真正地捕捉到这些日冕物质抛射。”这可以让科学家们了解到太阳风和日冕物质抛射从太阳到地球的旅程中到底发生了哪些变化;对准确进行空间天气预报很重要,可给人们带来最及时的预警。 O
/aC%%
*O+YhoR?
2018年8月发射的帕克太阳探测器,虽然遥感观测仪器没有SO丰富,轨道也基本处在地球公转面以内,但它与太阳的最小距离比SO更小,能够探测到日冕加热和太阳风加速最原始的过程;而SO丰富的遥感观测数据和不同日心距离的局地探测数据,则可以为揭开帕克探测器数据背后的秘密提供丰富线索。 ,HR~oT^
x1wm ]|BIf
“SO获得的观测资料,还将帮助我们回答当代太阳物理研究的一系列核心问题。”林隽说,对太阳风的观察,或可帮助我们认识太阳风的驱动源是什么,日冕磁场源于何处,太阳上磁场再生过程是如何工作的,又是如何制约太阳同整个太阳系空间之间的联系;在太阳爆发与周围太阳风的相互作用方面,可以帮助人们进一步摸清太阳瞬变现象或爆发如何影响包括地球周围环境在内的太阳周围行星际环境变化;在太阳高能粒子的来源、加速和传播过程方面,可揭示太阳爆发是如何产生充满整个太阳系空间的高能粒子辐射,太阳爆发驱动的激波可以将带电粒子加速到接近光速的能量,而这些高能粒子是如何进入、并充满行星际空间等一系列重大科学问题。