人類首次拍攝到距離太陽最近的照片，在距離太陽表麵7700萬(wan) 公裏處，微小耀斑在狂舞。

　　最近距離拍攝太陽：微小耀斑在狂舞。|ESA

　　作者 | 陳天真

　　7月16日，歐洲航天局（ESA）和美國航天局（NASA）合作的太陽軌道飛行器發布了一張最新照片。照片裏，太陽的日冕中充滿了成千上萬(wan) 的微型耀斑，就像是一堆堆營火在狂舞，被科學家形象地稱為(wei) “營火”（campfire）。

　　這是人類迄今為(wei) 止拍攝到的距離太陽最近的照片，距離太陽表麵隻有7700萬(wan) 公裏，大約是地球到太陽距離的一半。

　　參與(yu) 這項任務的科學家丹尼爾·穆勒（Daniel Muller）興(xing) 奮地說道：“我們(men) 從(cong) 未用相機如此接近過太陽，而這隻是太陽軌道飛行器將要進行的漫長史詩之旅的開始。”

　　拍到太陽最近距離照片

　　希臘神話中，能工巧匠戴達洛斯以蠟結合鳥羽做成翅膀，攜兒(er) 子伊卡洛斯一起飛離克裏特島。伊卡洛斯興(xing) 奮地朝向太陽飛去，越飛越高，竟被太陽融化雙翼，跌落水中喪(sang) 生。

　　太陽的高溫，一直是我們(men) 逐日的障礙。作為(wei) 人類最熟悉的天體(ti) ，各類古籍對太陽的描述都不過是一顆“大火球”。可以想見，為(wei) 了抵禦太陽的熱度，這顆太陽衛星必然經受了極端的考驗。

　　太陽軌道飛行器於(yu) 今年2月10日發射升空，它的大部分設備都安裝在一層40厘米厚的金屬鈦隔熱罩後麵，以保護飛行器和上麵的儀(yi) 器免受太陽熱量的傷(shang) 害。經過測試，它能夠抵禦500攝氏度的高溫，並且可以承受相當於(yu) 衛星在地球軌道上體(ti) 驗到的13倍的太陽熱度。

　　盡管在靠近太陽時，隔熱罩的前端將承受劇烈的高溫，但由於(yu) 它的屏蔽作用，後麵的儀(yi) 器將保持在50攝氏度的涼爽環境下。

　　飛行器上攜帶有6台遙感儀(yi) 和望遠鏡，用於(yu) 拍攝太陽的表麵特征及其周圍環境，同時還有安裝在飛行器上的4台原位儀(yi) 器用於(yu) 監測自身周圍的環境，比如太陽風的活動、帶電粒子流的運動等。結合這兩(liang) 套儀(yi) 器的數據，科學家就可以拚湊出關(guan) 於(yu) 太陽及各種太陽活動的更完整的圖像。

　　事實上，美國宇航局2018年發射的“帕克太陽探測器”可以抵達距離太陽更近的地方——它在整個(ge) 任務期間會(hui) 到達距離太陽表麵620萬(wan) 公裏（0.04個(ge) 天文單位，地球到太陽的距離為(wei) 一個(ge) 天文單位）處，但由於(yu) 距離太陽如此近時需要麵臨(lin) 的周遭環境太過惡劣，它沒有攜帶麵向太陽的照相機。

　　另外，位於(yu) 夏威夷島上的太陽望遠鏡雖然可以拍攝更高分辨率的太陽照片，但因為(wei) 地球大氣會(hui) 過濾掉一些紫外線和X射線，這些照片並不能完全捕捉太陽發出的光。

　　太陽表麵被稱為(wei) “營火”的微小耀斑。| Solar Orbiter/EUITeam/ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL

　　太陽表麵的新景觀

　　2020年5月30日，當太陽軌道飛行器運行到近日點，也就是它的橢圓軌道上最接近太陽的地方時，上麵的極紫外線成像儀(yi) （EUI）拍攝了太陽的第一批照片。此時它距離太陽表麵隻有7700萬(wan) 公裏（0.5個(ge) 天文單位），大約是地球到太陽距離的一半。

　　我們(men) 肉眼從(cong) 地球上看來，太陽似乎異常平靜，但當如此近距離地仔細觀察時，則可以看到太陽表麵到處都是微小的耀斑。這些微型耀斑的大小僅(jin) 為(wei) 地球上可見的太陽耀斑的百萬(wan) 分之一甚至數億(yi) 分之一。

　　太陽軌道飛行器拍攝到的一個(ge) 新發現的微小營火（白色箭頭），作為(wei) 比較，左下角的圓圈表示地球的大小。| Solar Orbiter/EUI Team/ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC,ROB, UCL/MSSL

　　耀斑是太陽表麵突然產(chan) 生的明亮爆發，被認為(wei) 是太陽磁場相互作用引起的高能噴發。雖然科學家們(men) 還不知道，這些微型耀斑是地球上可見的更大耀斑的微縮版本，還是由全然不同的機製產(chan) 生，但他們(men) 認為(wei) ，如此多“營火”結合起來的總體(ti) 效果可能導致了日冕為(wei) 何如此灼熱。

　　日冕是太陽大氣的最外層。長久以來，有一個(ge) 問題一直困擾著天文學家：處於(yu) 最外層的日冕為(wei) 什麽(me) 比太陽表麵的溫度還要高？要知道，太陽表麵的溫度大約“隻有”5500攝氏度，但更外層的日冕的溫度卻達到了驚人的100萬(wan) 攝氏度，是太陽表麵溫度的數百倍。

　　經過幾十年的研究，我們(men) 仍然沒有完全理解這一奇特現象背後的物理機製，這個(ge) 問題也成為(wei) 了太陽物理學的“聖杯”。要徹底地解決(jue) 它可能為(wei) 時尚早，但科學家們(men) 希望，太陽軌道飛行器能夠幫助我們(men) 進一步回答這個(ge) 問題。

　　太陽核心的溫度可以達到匪夷所思的1500萬(wan) 攝氏度，在這之外依次包裹著輻射層、對流層、光球層和大氣層。光球層是人類肉眼可見的太陽表麵，隻有到了光球層，太陽才發出明亮的可見光。光球層上較為(wei) 寒冷、黑暗的區域是我們(men) 熟悉的太陽黑子。光球層之外是太陽的大氣層（含色球層），日冕是太陽大氣的最外層。|umich.edu

　　探索太陽磁場和太陽活動

　　在未來兩(liang) 年內(nei) ，太陽軌道飛行器將飛到距離太陽更近的地方，最近將抵達距離太陽表麵4200萬(wan) 公裏（0.28個(ge) 天文單位）的高度，幾乎是太陽到地球距離的四分之一。

　　在這之後，科學家將進一步利用金星的引力作用，將飛行器的軌道角度抬升到橢圓軌道平麵上方，最大傾(qing) 角可達33度，這將使飛行器能夠飛到太陽上空，探索太陽的兩(liang) 極。（歐洲航天局和美國宇航局的尤利西斯飛船曾在上世紀90年代和21世紀初兩(liang) 次飛越太陽的兩(liang) 極，但當時它沒有攜帶照相機。）

　　觀測太陽的兩(liang) 極將幫助我們(men) 更好地了解太陽的周期性磁場活動。太陽磁場的南北兩(liang) 極每隔11年會(hui) 發生一次反轉。它是我們(men) 看到的所有太陽活動的根本原因：驅動著11年的太陽黑子周期，釋放出狂暴的太陽風，也主宰著太陽的大氣活動。此外，太陽表麵磁場特別強的區域也是耀斑的誕生地。

　　物理學家費曼畫素描時，喜歡描畫太陽磁場複雜、扭曲、時疏時密的線條，他為(wei) 太陽磁場如何影響耀斑感到驚奇，將磁場線描繪成有點像女孩飄動的頭發。費曼曾經研究過太陽磁場的產(chan) 生機製，但直到今天，對於(yu) 磁場如何從(cong) 太陽的內(nei) 部產(chan) 生，我們(men) 仍然所知甚少。

　　太陽軌道飛行器上攜帶有一個(ge) 尖端儀(yi) 器——偏振和日震成像儀(yi) （PHI），它被設計用於(yu) 監測太陽表麵磁場活躍的區域，將對磁場進行高分辨率測量，並可以利用日震學原理來研究太陽內(nei) 部。

　　太陽軌道飛行器觀測到的太陽磁場。| Solar Orbiter/PHI Team/ESA & NASA

　　太陽風是太陽向空間各個(ge) 方向發射的持續不斷的帶電粒子流。這些粒子有時來自外層的日冕，有時來自靠近光球層的地方，它們(men) 沿著太陽的磁力線運動，速度可以達到每秒300~800公裏。這些帶電粒子為(wei) 何能夠加速到如此高的速度是關(guan) 於(yu) 太陽的另一個(ge) 謎團，這個(ge) 過程顯然與(yu) 日冕中的磁場有關(guan) ，但具體(ti) 的機製仍有待研究。

　　當太陽風穿過太陽軌道飛行器時，其上的4個(ge) 原位儀(yi) 器會(hui) 記錄下磁場和太陽風的情況。根據這些信息，就可以估計太陽風是從(cong) 太陽的哪些特定部分產(chan) 生的。如果進一步綜合6個(ge) 成像儀(yi) 器看到的太陽活動，我們(men) 或許可以更清楚地理解，太陽表麵不同區域的物理過程如何共同作用，導致了太陽風的形成。

　　太陽物理學的黃金時代即將到來

　　作為(wei) 一個(ge) 渺小的地球人，我們(men) 很難確切體(ti) 會(hui) 到太陽究竟是怎樣的龐然大物。單純從(cong) 數據角度說來，太陽的直徑大約是地球的109倍，質量相當於(yu) 33萬(wan) 個(ge) 地球，我們(men) 甚至可以將130萬(wan) 個(ge) 地球輕而易舉(ju) 地裝進太陽裏。但在今天，渺小的人類第一次如此近距離地看到了巨大的太陽。

　　未來十年，太陽軌道飛行器將與(yu) 帕克太陽探測器、夏威夷島上的太陽望遠鏡一起，同時對太陽進行觀測，深入探索關(guan) 於(yu) 太陽的諸多未解之謎，比如：

　　太陽內(nei) 部的磁場是如何產(chan) 生的？

　　太陽風的驅動力是什麽(me) ？

　　太陽的磁場大約每隔11年發生一次反轉，這時太陽的兩(liang) 極在發生什麽(me) ？

　　耀斑、日冕物質拋射這類太陽活動如何影響整個(ge) 太陽係？

　　太陽爆發產(chan) 生的高能粒子如何導致地球上的極端天氣？

　　太陽軌道飛行器（左）和帕克太陽探測器（右）將同時對太陽進行觀測。|SolarOrbiter: ESA/ATG medialab; Parker Solar Probe: NASA/Johns Hopkins APL

　　正如天文學家所言，接下來的十年將是太陽和太陽物理學研究的黃金時代。而我們(men) 也將看到太陽這顆大火球的全新麵貌。

　　來源：Solar Orbiter/EUI Team/ESA & NASA;CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL

　　參考資料：

　　[1]https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Solar_Orbiter/

　　Solar_Orbiter_s_first_images_reveal_campfires_on_the_Sun

　　[2]https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Solar_Orbiter/

　　The_Sun_s_mysteries_for_Solar_Orbiter_to_solve

　　[3] https://www.nature.com/articles/d41586-020-02136-4

　　[4] https://www.nature.com/articles/d41586-020-00224-z

　　[5] https://www.nature.com/articles/d41586-019-03684-0

　　文章由“十點科學”（ID：Science_10）公眾(zhong) 號發布，歡迎轉發朋友圈，轉載請注明出處。

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