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中国科学家设想到太空追逐“日食”探秘太阳风暴

2018-08-16 14:52:51

日全食(图片来自NASA, M. Druckmüller拍摄)

  月亮遮挡太阳而形成的日全食不仅景象壮观震撼,也是科学家观测日冕的绝佳机会,但这样的时机过于短暂稀少,稍纵即逝。中国科学家最近提出了一种新颖的观测模式,到太空中利用地球的遮挡形成另类“日食”,通过长时间、高精度的观测探秘太阳风暴。

  12日升空的美国“帕克”太阳探测器开启了人类历史上首次“触摸”太阳的逐日之旅,历经7年飞行后它将进入日冕一探究竟。同样是研究日冕,中国科学家的方案却是深入地球的阴影里去。

  中国科学院国家空间科学中心研究员罗冰显说,日冕,即太阳上层大气,温度高达上百万摄氏度,经常产生太阳风暴,会对卫星、导航、通讯等产生严重影响。然而,受限于观测能力,人类对日冕的物理规律认识很不足,日冕加热机制曾被《科学》杂志列为当代八大未解天文之谜。

  罗冰显说:“在地球上观测日冕非常困难,因为虽然日冕温度很高,但它的亮度和我们平时肉眼所看到的太阳本体相比不足百万分之一。”

  他说,在自然条件下,只有出现日全食的时候才能观测日冕。然而日全食发生的次数非常稀少,一次日全食只能持续几分钟,有时候可观测位置位于海洋上,有时候天气条件又不利于观测,所以靠日全食进行日冕观测受到很大限制。

在太空观测日食的概念图(受访者提供)

  据介绍,科学家们根据日全食的产生原理,设计了一种名为日冕仪的仪器,利用人工挡板把太阳本体的光挡住,从而对日冕发出的光线进行观测。但是,日冕仪会受到杂散光、渐晕等各种影响,如果是在地球上使用,还会受地球大气散射、天气等条件的影响。

  “我们借鉴月亮遮挡太阳形成日食的原理,想到地球也能作为遮挡物,可以将望远镜放在太阳和地球连线的远端进行日冕观测。”罗冰显说。

  罗冰显的团队计算后发现,最合适的观测点距离地球约140万公里,位于日地第二拉格朗日点附近。在这里,望远镜在日地引力和微小的推力作用下,就可与地球以相同的角速度绕太阳公转,太阳、地球、望远镜三者的相对位置保持不变,且地球能恰好完全遮挡太阳,可以获得长时间、高精度的日冕观测数据。

  最近,罗冰显与中国科学技术大学申成龙教授、以及中国科学院微小卫星创新研究院的王亚敏博士组成的研究团队带着这个被命名为“地掩天蚀”的观测设想,参加了在深圳举行的“率先杯”未来技术创新大赛,并位列30个优胜项目之一。

在太空观测日食的概念图(受访者提供)

  罗冰显说,要实施这个计划还面临两大技术挑战:一是为了获得尽可能长的观测时间,探测器需长期保持在地球阴影区,太阳光照缺失,无法采用传统的太阳能电池阵解决探测器供电问题;二是探测器随着地球一起绕太阳公转时,惯性加速度与日地引力存在细微的不平衡,需要额外的推力来进行补偿。

  “目前我们正在进一步论证各种解决方案,比如采用放射性同位素电源解决电力问题,通过轨道优化、高比冲推进器解决引力补偿问题等。另一个方案是在合适的太阳光照区域部署太阳帆航天器,与位于阴影区的日冕探测器用系绳连接,这样既能为探测器供电,又能利用太阳光对太阳帆产生的压力平衡引力。”罗冰显说,“具体采用什么方式,还有没有其他更好的方式,还需要更深入的研究。”

  他说,对太阳的认识是人类了解宇宙奥秘、揭示生命规律的重要方式。此外,太阳经常会发生爆发活动,这些爆发活动会影响卫星、电网、海底电缆、输油管道、飞机、定位导航、通讯等人类赖以生存的高技术系统。因此,人类需要具备太阳爆发活动的预警能力,以应对太阳风暴的影响。

  “如果‘地掩天蚀’计划能够实施,将大幅度提升现有日冕观测能力,有望帮助解开日冕加热、太阳风暴的秘密,也能服务于空间环境预报,应对太阳风暴对人类技术系统的影响。”罗冰显说。



来源:新华网

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