NASA太阳探测器“触摸”太阳:发现太阳风秘密

2019年12月05日 13:39 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,NASA有着大量的机器人在太阳系中巡逻,而其中最厉害的或许是帕克太阳探测器(PSP)。这艘飞船大约有一辆小型轿车那么大,围绕太阳飞行,其配备了革命性技术使它能够“触摸”到太阳。当地时间周三,NASA的研究人员公布了该任务的第一组科学数据,这组数据则是首个来自太阳系最极端环境之一的测量数据。

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约翰霍普金斯应用物理实验室项目科学家Nour E. Raouafi表示:“在过去的几十年里,我们对我们的星球了解了很多,但我们真的需要一个像帕克太阳探测器任务这样的任务来进入太阳大气层。我们仅在这三个太阳轨道上所了解到的东西就已经改变了我们对太阳的许多理解。”

据悉,NASA于2018年8月12日发射了PSP并成功将这艘耐热航天器送入绕太阳的椭圆轨道。由于它在轨道上的运行速度之快,它为自己赢得了“史上最快人造天体”的称号,另外它还利用金星作为引力辅助,接下来,它将继续缩短跟太阳系这个大型加热器的距离。

于本周三发表在《自然》杂志的研究论文详细解说了这组由PSP对太阳内部等离子体光环即日冕测量得到的数据以及对PSP分别于2018年11月和2019年4月“接触”太阳的数据分析。日冕温度在200万-500万华氏度之间,其呢部的加热方式和亚原子粒子的运动方式让天文学家们感到困惑。

另外,日冕还会产生太阳风,这是一种能量粒子流,会散发到太阳系中。在过去,天文学家已经能够测量这些离地球更近的粒子流,但由于PSP上安装的先进工具--1个宽视野成像仪和3个测量太阳风粒子的独立设备,太阳更多的秘密开始被揭开。

WISPR尘埃

太阳探测器的广域成像仪(WISPR)充当探测器的“眼睛”,这使得研究人员能够完成对日冕中太阳风形成结构的成像工作。WISPR在2018年9月传回了一张令人震惊的第一束光图像,随后在同年12月又传回了一张来自太阳内部的图像,同样令人惊叹。

WISPR首席研究员Russ Howard对该仪器拍摄的图像进行了检查分析以此来识别出太阳风中的结构。这些图像揭示了日冕“流光”的新动态,即明亮的太阳辐射形成的磁环并还提供了观测微弱日冕射线的机会。研究小组还能从中观察到太阳周围区域尘埃散射光的强度,证实了来自地球的观测结果。然而他们惊讶地发现,在离太阳更近的地方却出现了不寻常的强度分布。

这种强度的变化可能意味着在更靠近太阳表面的地方存在一个“无尘区”。不过Howard及其同事警告称,WISPR并没有直接观测到假设中的无尘区,这种不寻常的强度分布可能还有其他解释。随着PSP在未来几年里跟太阳距离的不断缩短,这一假设将得到证实。

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太阳风并不像预测的那样

另一项意外发现是由Justin Kasper领导的研究小组发现。Kasper及其同事利用PSP上的太阳风电子阿尔法粒子和质子仪器收集了关于电子、氢离子和氦离子在太阳风中运动的信息。当太阳喷出这些粒子时,它们最终会跟可记录其特性的SWEAP相撞--通常每秒会发生四次以上。

由于大量粒子撞击SWEAP仪器并得到PSP上的FIELDS仪器数据的支持,Kasper及其团队发现,由于磁场的倒转,近太阳的太阳风的行为很奇怪。在一次逆转过程中,太阳风的速度似乎达到了峰值,对此研究小组认为,当这些流动的粒子远离太阳时,它们可能会沿着S型曲线运动。

在此之前,科学家们测量到的是太阳风粒子会像子弹一样从太阳中以笔直的轨迹穿过地球。但Kasper的团队发现了太阳风“旋转流”的惊人增长,这跟之前任何关于太阳风如何旋转的模型都不相符。在离太阳更近的地方风仍在旋转,至于背后原因仍不清楚。

Kasper在一次新闻发布会上指出:“在第一次相遇时看到的巨大太阳风旋转流是一个真正的惊喜。虽然我们希望最终能看到离太阳更近的旋转运动,但我们第一次看到的高速运动比标准模型预测的却要大近10倍。”

随着PSP继续绕太阳飞行,研究人员将能更好地观察近太阳的太阳风气流。论文作者指出,这对于理解太阳如何随着年龄的增长而失去角动量和自旋是至关重要的。

接下来将会发现什么?

等到12月26日,该探测器将第二次飞越金星,届时它加你利用金星的引力进一步缩小其轨道使其更接近太阳。这次飞越还将看到PSP加快速度--以每秒109公里的速度绕太阳旋转,等到2020年7月其第三次金星凌日将再次加速。

而PSP的活动将持续五年,等到2025年,它将抵达里太阳最近的地方,两者的距离将在700万公里以内。在接下来的五年时间里,距离的不断对于了解日冕的复杂性、日冕的表面、太阳风是如何被吹向宇宙以及其如何影响太阳系的其他部分都将非常重要。

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