還沒有哪台“攝像機”能如此地接近太陽！去年6月，“環日軌道器”將遙測成像儀(yi) 一一對準太陽，捕捉到了這個(ge) “沸騰大火爐”的許多驚人畫麵。未來數年，關(guan) 於(yu) 日冕的謎團也將被揭開。

　　無處不在的“納耀斑”

　　去年7月，“環日軌道器”（Solar Orbiter）拍攝的首批照片記錄到一大撥“能量噴泉”：

　　這些等離子體(ti) 可噴射幾百千米之高，但從(cong) 整個(ge) 太陽的尺度來看，如此規模實則微乎其微……

　　“這是這批照片帶來的最大驚喜，”項目成員之一、巴黎-薩克雷大學空間天體(ti) 物理學研究所（IAS）的弗雷德裏克·奧謝爾（Frédéric Auchère）解釋道，“這些都是太陽耀斑，與(yu) 我們(men) 在地球上觀察到的那些沒什麽(me) 區別，不過大小隻有後者的幾百分之一。”天體(ti) 物理學家之前就相信“納耀斑”（nanoflare）存在。

　　畢竟，他們(men) 需要找到一個(ge) 傳(chuan) 遞熱量的機製來解釋日冕平均約200萬(wan) 度的超高溫。而環日軌道器的極紫外全太陽高解析影像儀(yi) （EUI）配有兩(liang) 台高分辨成像儀(yi) ，其解析力達前代探測器的兩(liang) 倍，終於(yu) 讓納耀斑現身了。這些耀斑的能量隻有標準耀斑的百萬(wan) 分之一，且持續時間僅(jin) 為(wei) 數秒。

　　“但現在我們(men) 知道了，太陽上每時每處都在產(chan) 生納耀斑。之後要做的是計算日冕是否僅(jin) 憑耀斑就能達到這樣的溫度。”弗雷德裏克·奧謝爾解釋道，“而且隨著探測器進一步地接近太陽，我們(men) 還將尋找規模更小、數量或許更多的耀斑。”

　　躍入日冕內(nei) 部

　　這是太陽表麵2000千米之上的色球層的景象。

　　這層太陽大氣隻有專(zhuan) 門的紫外光譜影像儀(yi) 能看到：原始圖像經前文提及的EUI處理後，才轉化成了玫紅色。

　　該處溫度約為(wei) 10000℃，還不算“太高”……從(cong) 這裏往上，溫度會(hui) 一路飆升：再上升2000千米後的溫度將達到至少100萬(wan) 攝氏度！“太陽大氣是層層相連的，”弗雷德裏克·奧謝爾解釋道，“我們(men) 在這個(ge) 波長範圍內(nei) 嚐試觀測的是下層到上層的能量轉移。”尤其要找到納耀斑的源頭，以盡可能精確地算出它們(men) 傳(chuan) 遞的能量。“可惜，這一部分的波段我們(men) 沒能調整好，因為(wei) 探測器的飛行條件和在地麵測試的不一樣。要獲得用足分辨率的圖像還需等待。”

　　“活捉”太陽風

　　日冕的美麗(li) 充分展現在下圖中：此處的太陽大氣層不斷向宇宙噴射溫度近200萬(wan) 攝氏度的質子和電子。

　　在可見光下，日冕的亮度隻有太陽的數百萬(wan) 分之一。因此，探測器搭載的Metis日冕儀(yi) 配備了一個(ge) 可遮擋太陽主體(ti) 的圓形擋板，從(cong) 而使日冕現身。目前呈現的日冕，其赤道部分比兩(liang) 極密度更高，這是太陽周期中磁場活動最小期的特征。

　　然而，科學家最感興(xing) 趣的還是兩(liang) 極，因為(wei) 那裏形成的太陽風速度可達每秒800千米，他們(men) 尚不了解其成因，這也是環日軌道器的核心探索任務之一。探測器將在飛行的過程中逐漸與(yu) 黃道平麵岔開，從(cong) 而破天荒地對太陽的兩(liang) 極進行拍攝！

　　在此期間，磁場活動理應有所增強，因此，耀斑的強度會(hui) 提升且數量也會(hui) 顯著增加。屆時，景象一定非常壯觀。

　　繪製磁場流動

　　這就是太陽的磁場全貌。

　　圖像攝於(yu) 去年6月18日，圖中的藍色部分代表潛入太陽表麵的磁場線，紅色則代表穿出表麵的磁場線。

　　“除了右下區域，太陽目前還是相對平靜的。它正處於(yu) 其11年周期中的活動最小期。”弗雷德裏克·奧謝爾觀察道。測量磁場的“極化和日震影像儀(yi) ”（PHI）采用的經典技術在地麵望遠鏡上運用已久，源自塞曼效應：一旦物質進入強磁場，它發出的光會(hui) 發生變化。

　　而由於(yu) 該儀(yi) 器和太陽史無前例地接近，太陽的磁場波動以前所未有的精度展現出來：直徑隻有1000千米的太陽黑子也出現在圖像上。在創紀錄的分辨率之下，PHI揭示了阿爾文波的起源。這種隻存在於(yu) 等離子體(ti) 中的波會(hui) 將自身的能量傳(chuan) 遞給日冕，是造成日冕高溫的原因之一。

　　“之前進行的嚴(yan) 格測試就像是白做了。通常建造這種複雜程度的機器，總給人一種一定會(hui) 出錯的感覺……但這次卻是例外！”弗雷德裏克·奧謝爾鬆了一口氣，目前看來，他所參與(yu) 的歐洲空間局（ESA）“環日軌道器”項目取得了全麵成功。

　　去年6月，也就是這個(ge) 造價(jia) 14億(yi) 歐元的探測器發射4個(ge) 月後，它走完了日地平均距離的半程，成為(wei) 目前最接近太陽的影像設備。

　　（ESA）“環日軌道器”

　　“那段時期壓力尤其大，因為(wei) 儀(yi) 器校準階段恰恰處於(yu) 新冠疫情最嚴(yan) 峻的時期，”此次任務副科學幹事雅尼·祖格阿涅利斯（Yannis Zouganelis）回顧道，“ESA操作中心都關(guan) 門了。研究人員分散在美國和歐洲各地，每個(ge) 人各自在家完成工作。如此複雜任務中的關(guan) 鍵階段在這樣的條件下完成，這在航天史上還是頭一回。”

　　盡管如此，探測器最終的表現超出所有人的預期。第一批照片已經出爐：四溢的等離子體(ti) ，“上躥下跳”的磁場線，大氣湍流……太陽呈現了人類前所未見的細節。“這些照片是在‘飛行接收’階段拍攝的，主要用於(yu) 測試探測器在極端條件下的運行情況，並非出於(yu) 科研目的，”弗雷德裏克·奧謝爾解釋道，“然而，我們(men) 已經可以從(cong) 中整理出一些研究結果了！”

　　要更好地觀察太陽，除了盡可能地逼近它，別無他法。盡管地球表麵有三十多架望遠鏡在全年無休地觀察太陽，盡管自人類開始太空探險以來已發射二十多台太陽探測器，太陽內(nei) 部的運行機製仍有許多方麵無從(cong) 了解。

　　而太陽的大氣層，尤其是日冕，有越來越多的研究人員為(wei) 之著迷。“日冕的溫度比太陽表麵高幾百倍。而從(cong) 常理來說，離熱源越遠，溫度應該越低才是。”弗雷德裏克·奧謝爾描述道。科學家也不明白太陽風是如何從(cong) 兩(liang) 極加速至800千米/秒的。“很難在地球上觀察太陽的兩(liang) 極，因為(wei) 沒有合適的角度，”奧謝爾遺憾地補充說，“我們(men) 是從(cong) 掠射角進行觀察，所以沒法用多普勒效應來繪製風速圖。”

　　200萬(wan) 攝氏度的大氣層

　　接近一個(ge) 大氣溫度高達200萬(wan) 攝氏度的恒星並拍照是極其困難的。哪怕加上了一層前所未有的熱保護層，探測器依然要與(yu) 太陽保持不小於(yu) 0.28個(ge) 天文單位的安全距離，也就是4200萬(wan) 千米。相比美國國家航空航天局（NASA）於(yu) 2018年發射的“帕克太陽探測器”（Parker Solar Probe），環日軌道器離太陽要遠大約三倍，而帕克太陽探測器沒有攜帶任何攝像頭。

　　“帕克太陽探測器”（Parker SolarProbe）

　　“帕克太陽探測器之於(yu) 環日軌道器，相當於(yu) 法拉利之於(yu) 勞斯萊斯，前者速度更快，某些方麵表現更佳……但環日軌道器配備的儀(yi) 器更完善。”兩(liang) 個(ge) 項目都有參與(yu) 的法國奧爾良大學教授蒂埃裏·杜多克·德威特（Thierry Dudok de Wit）比較說。

　　環日軌道器的儀(yi) 器中，有4個(ge) 是內(nei) 置的傳(chuan) 感器，負責實時研究探測器所處的環境，測量當前磁場和撞擊粒子的性質，等等。還有6個(ge) 高清攝像儀(yi) ，對X射線、紅外線、紫外線及可見光等多種波長都極其敏感。

　　在最接近太陽時，攝像儀(yi) 可以拍攝分辨率達每像素100千米的圖像，要知道太陽的直徑是地球的109倍，也就是1392000千米，這個(ge) 精度已然非常驚人！在完成一半行程時，探測器的分辨率就已達到每像素175千米，因而發現了太陽表麵的納耀斑，確定了太陽大氣層的範圍，揭示出太陽風的結構以及太陽的磁場波動。“圖像的質量在調整後還能大幅提高。”參與(yu) “極化和日震影像儀(yi) ”設計工作的蒂埃裏·阿普爾紹（Thierry Appourchaux）承諾道。

　　最重要的是，探測器在幾年後會(hui) 提供一個(ge) 前所未有的觀測視角：屆時，探測器將近距離飛越金星，從(cong) 而逐漸錯開黃道平麵，直到抵達能拍攝太陽兩(liang) 極的位置。之前從(cong) 來沒有探測器能做到這一點！1990年代“尤利西斯”號（Ulysses）探測器曾前往觀察太陽的兩(liang) 極，然而當時負責影像部分的NASA突然退出項目。“太陽的兩(liang) 極是太陽物理學研究的盲區之一，”蒂埃裏·阿普爾紹指出，“是時候填補這一空白了！”

　　“尤利西斯”號（Ulysses）

　　為(wei) 什麽(me) 太陽表麵和日冕以不同的速率自轉？它的磁場是如何形成的？其演變是否可以預測？研究人員有一種預感：這些問題的答案就藏在太陽的兩(liang) 極之中。“這是一片從(cong) 未探索過的領域，我們(men) 從(cong) 中可以得知太陽每11年的活動周期是如何變化的。”蒂埃裏·阿普爾紹補充道。事實上，當兩(liang) 個(ge) 太陽周期交替時，下一個(ge) 周期的磁場會(hui) 先出現在兩(liang) 極。

　　“其實，太陽內(nei) 部的一切都是互相關(guan) 聯的，”雅尼·祖格阿涅利斯總結道，“太陽風的物理性質取決(jue) 於(yu) 日冕的物理性質，太陽黑子的物理性質由太陽磁場的物理性質決(jue) 定，而後者又受製於(yu) 太陽的內(nei) 部結構。”環日軌道器將通過機載的6台遙測儀(yi) 器，在有史以來最接近太陽的位置對上述問題進行探索。這顆恒星內(nei) 部最後的秘密很快會(hui) 揭開。

　　撰文 Benoît Rey

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