昨天中午,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‘太阳轨迹飞行器’( Solar Orbiter),从卡纳维拉尔角空军基地发射升空。
这个飞行器终究的目的地,就是带给地球拂晓的太阳,它将首次拍下太阳两极的图像,开启人类探究太阳的一段新征途。
有史以来离太阳最近的相机,将初次拍下太阳南北极相片
虽然人类对太阳的观测已经有很长一段时间,不久前国际最大的太阳望远镜还发布了首批高清太阳相片,但一切观测太阳的成像仪器,都只能拍到黄道面(ecliptic plane)角度的太阳,从未观测过太阳的两极。
所谓黄道面,便是地球以及其他行星围绕太阳公转的平面。而太阳轨迹飞行器则要脱离黄道面,以鸟瞰视角对太阳南北极进行观测。
其实这并不是第一个尝试飞越太阳南北极的飞行器,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)发射升空,尤利西斯号在 2009 年退役前,曾绕太阳飞行了三圈。
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,并且它只携带了原位仪器(in situ instrument),只能丈量飞船周围的太阳风状况。
而这一次的太阳轨迹飞行器,在最近的时分间隔太阳表面只有 2600 万英里(约 4184 万公里),这将比间隔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间隔。
经过太阳轨迹飞行器携带的 4 台原位仪器和 6 台遥感成像仪,人类将首次拍下太阳南北极的相片,这也是有史以来最接近太阳的相机。这次使命 NASA 副项目科学Teresa Nieves-Chinchilla 表明:
咱们能够制作出原位仪器观所‘接触’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,这需求更大的能量,太阳轨迹飞行器将利用地球和金星的引力,将自己弹射到南北极的观察区域。
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动飞行器的轨道和速度,以此来节约燃料、时间和成本。
这样的场景在科幻电影《星际穿越》就曾出现,电影中飞船燃料缺乏,宇航员只能经过多次飞近一颗引力巨大的黑洞,然后获得了加速度以抵达下一个星球。
《星际穿越》剧照据 NASA 介绍,在太阳轨迹飞行器的设计寿命为 7 年,将在太阳赤道高 24 度的歪斜面上运转,3 年后歪斜将达到 33 度。
飞行器靠近太阳后,面对的则是超高温的考验。要知道被太阳高温炙烤的水星,白天温度就抵达 430 ℃,而比水星更挨近的太阳的飞行器,所要承受的温度更高,在这样的高温下,太空探测器和很多仪器往往难以正常工作。
太阳轨道飞行器的隔热罩。因而太阳轨迹飞行器选用一种定制的钛隔热罩,上面覆盖了磷酸钙涂层,能够接受超越 900 华氏度(约 480 ℃)的高温,其中 5 个遥感成像仪测将经过隔热罩上的窥探孔观测太阳,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,这将进入一个不知道的国际。
太阳南北极背面的隐秘,或许和每个地球人都有联系
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