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美国太空总署(NASA)帕克太阳探测器传回首批太阳数据

美国太空总署(NASA)帕克太阳探测器传回首批太阳数据

美国太空总署(NASA)帕克太阳探测器传回首批太阳数据(ILLUSTRATION BY NASA/JOHNS HOPKINS APL/STEVE GRIBBEN)

这项史无前例的太空任务目前已三度接近太阳,成为有史以来距离太阳最近的宇宙飞船,并观测日冕的相关数据。

这项史无前例的太空任务目前已三度接近太阳,成为有史以来距离太阳最近的宇宙飞船,并观测日冕的相关数据。

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:NADIA DRAKE 编译:邱彦纶):帕克太阳探测器(Parker Solar Probe)的初步结果不但为我们奥秘的恒星提供了新线索,还带来了一些出人意表的新发现。

数十亿年来,太阳一直将它的奥秘隐藏在称为「日冕」(solar corona)的能量漩涡之中。 日冕是由上百万度的炙热磁​​化电浆组成,温度极高,偶尔也非常狂暴,先前一直未曾有宇宙飞船冒险前往探索──直到现在。

12月4日出刊的《自然》(Nature)期刊发表了四篇研究论文,报告美国太空总署(NASA)帕克太阳探测器传回的首批数据。这项史无前例的太空任务目前已三度接近太阳,成为有史以来距离太阳最近的宇宙飞船,并观测日冕的相关数据。这样的近距离接触,解决了一些和太阳有关的谜团,也揭露了意想不到的珍贵发现。

「帕克太阳探测器完成了其它宇宙飞船从未实现过的成就,」美国国家大气研究中心(National Center for Atmospheric Research)的莎拉. 吉布森(Sarah Gibson)表示,「我迫不及待地想看看下一步会发生什么事,它真的传送了许多很有价值的讯息。 」

这样的近距离观测将解开太阳物理学的基本难题,并帮助我们更准确地预测朝向地球而来的有害太阳爆发。 这些称为日冕巨量喷发(coronal mass ejection)的危险高能粒子团,会带来炫目的极光,甚至往南延伸到中纬度的天空,但它们也会使通讯卫星失灵、瘫痪电网,甚至是让航天员有致命性的危险。

「提到来自太空的风险,人们经常想到的是导致恐龙灭绝的流星,」研究论文的作者、普林斯顿大学(Princeton University)的戴维. 麦科马斯(David McComas)表示,「不过如果你遭遇一次极端的太空天气事件,导致大量技术设备摧毁,那对现在的我们来说会是个更大的风险。 」

近距离观测太阳的任务

帕克太阳探测器是在2018年8月发射,并于同年11月首度飞掠太阳。 在它七年的任务期间,帕克太阳探测器将会飞掠太阳24次,而且每一次都比之前还要更加接近,直到最后到达距离太阳表面640万公里之处。

「太阳风的速度如此快速,从我们身边飞过的这个东西非常猛烈,实际上在不到一秒的时间里就把磁场翻转了180度,」。 卡斯伯说,「我们的第一个问题是,这到底是什么东西啊? 」

帕克太阳探测器在前两次的飞越太阳的过程中,可能遇到了上千个这样的磁波。 以局部范围来说,这些波非常巨大,但若是从地球上观察,却又太小而无法探测到。 这种磁波会持续几秒到几分钟,使正常的指南针无法运作,而且没有明显的来源。

研究团队把这样的特征称为「折返」(switchback)。 有些科学家认为,如果这些波在贮存能量,那么它们可能在让日冕变得极端高温的过程中发挥了作用。 不过,目前还不清楚是什么机制产生了这样的特征,也不知道当探测器更接近太阳时,这些磁波是否会变得更强大或是更多。

同样令人困惑的是太阳风的横向速度。 太阳每24.5个地球日会绕着自转轴旋转一圈,在旋转的过程中,所吹出的大量粒子也会跟着一起转动。 因此当太阳风抵达地球时,会以放射状前进,或者说像是旋转的草坪洒水器喷出的水那样向外流动。

这种说法有些道理。 不过,当帕克太阳探测器低空飞掠太阳的南半球时,测量了太阳风的旋转速度,发现太阳风在这么远的距离绕太阳旋转的速度,比我们所预料地还要快得多。

「太阳风的实际旋转速度,比依照标准太阳模型和旋转速度所预测的还要快上20倍,」卡斯伯说,「我们忽略了一些有关日冕和太阳风的非常基本知识。 」

速度极快的恒星风会影响恒星的演化速度。 新生的恒星转速非常快,但会在亿万年的时间里逐渐减速,并以恒星风的形式损失能量。 虽然我们太阳的燃烧速度看起来并没有比预期的快,但这些怪异快速的太阳风暗示,我们恒星的自转速度可能会随着年龄而更快地减速。

更直接地是,这么惊人的旋转速度也可能影响我们对日冕巨量喷发的轨迹和抵达时间的预测。 这种太阳风暴可能会瘫痪地球上的电网。

「在一般的状况下,日冕巨量喷发往往朝着我们预料之外的方向移动...... 如果有大规模的横向运动,这可能是我们对日冕巨量喷发的预测还不够精准的重要原因,」卡斯伯表示,「我不会说我们在这方面很糟糕,但的确不是太厉害。 」

无尘区

随着帕克太阳探测器的任务持续进行,势必会带来更多的惊喜。 首先,探测器即将探测到科学家一直认为在太阳周围一个应该存在、但却未曾观测到的区域,那里温度极高,因此「没有尘埃可以存在」,研究论文的作者──海军研究实验室(Naval Research Laboratory)的罗素. 霍华德(Russell Howard)这么说。 自1928年以来,科学家就预测了无尘区的存在,但却一直未曾观测到。 即使是在日食期间,地球上较容易观测到接近太阳的环境时也是如此。

随着太阳活动从11年来的极小期开始活跃起来,科学家们预计这次任务将会愈来愈刺激。 研究团队希望最后帕克太阳探测器能够探测到大量的日冕巨量喷发。 当太阳从沉睡中苏醒之时,日冕巨量喷发发生的机率就会愈来愈大。

「我们希望能看到太阳所产生最强、最快的日冕巨量喷发,」约翰. 霍普金斯应用物理实验室(Johns Hopkins Applied Physics Laboratory)的计划科学家努尔. 拉瓦菲(Nour Ra​​ouafi)这么说「拜托,放马过来吧! 」




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