今天中午，在大洋彼岸的黑夜中，美國宇航局（NASA）和歐洲航天局（ESA）聯(lián)手開(kāi)發(fā)的 「太陽(yáng)軌道飛行器」（Solar Orbiter），從卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空。

這個(gè)飛行器最終的目的地，就是帶給地球黎明的太陽(yáng)，它將首次拍下太陽(yáng)兩極的圖像，開(kāi)啟人類(lèi)探索太陽(yáng)的一段新征程。

有史以來(lái)離太陽(yáng)最近的相機，將首次拍下太陽(yáng)兩極照片

盡管人類(lèi)對太陽(yáng)的觀(guān)測已經(jīng)有很長(cháng)一段時(shí)間，不久前世界最大的太陽(yáng)望遠鏡還公布了首批高清太陽(yáng)照片，但所有觀(guān)測太陽(yáng)的成像儀器，都只能拍到黃道面（ecliptic plane）角度的太陽(yáng)，從未觀(guān)測過(guò)太陽(yáng)的兩極。

所謂黃道面，就是地球以及其他行星圍繞太陽(yáng)公轉的平面。而太陽(yáng)軌道飛行器則要脫離黃道面，以鳥(niǎo)瞰視角對太陽(yáng)兩極進(jìn)行觀(guān)測。

其實(shí)這并不是第一個(gè)嘗試飛越太陽(yáng)兩極的飛行器，1990 年美國宇航局（NASA）和歐洲航天局（ESA）就曾合作，將尤利西斯號太陽(yáng)探測器（Ulysses）發(fā)射升空，尤利西斯號在 2009 年退役前，曾繞太陽(yáng)飛行了三圈。

雖然尤利西斯號也曾掠過(guò)太陽(yáng)兩極，但與太陽(yáng)的最近距離比日地距離還要遠，而且它只攜帶了原位儀器（in situ instrument），只能測量飛船周?chē)奶?yáng)風(fēng)情況。

而這一次的太陽(yáng)軌道飛行器，在最近的時(shí)候距離太陽(yáng)表面只有 2600 萬(wàn)英里（約 4184 萬(wàn)公里），這將比距離太陽(yáng)最近的行星水星（5800 萬(wàn)公里）更接近太陽(yáng)，這也是觀(guān)測太陽(yáng)的理想距離。

通過(guò)太陽(yáng)軌道飛行器攜帶的 4 臺原位儀器和 6 臺遙感成像儀，人類(lèi)將首次拍下太陽(yáng)兩極的照片，這也是有史以來(lái)最接近太陽(yáng)的相機。這次任務(wù) NASA 副項目科學(xué) Teresa Nieves-Chinchilla 表示：

我們能夠繪制出原位儀器觀(guān)所「觸摸」到的太空環(huán)境，以及遙感成像儀「看到」的太陽(yáng)。

不過(guò)飛行器要逃離黃道面也不容易，這需要更大的能量，太陽(yáng)軌道飛行器將利用地球和金星的引力，將自己彈射到兩極的觀(guān)察區域。

這其實(shí)是利用了航天動(dòng)力學(xué)中的「彈弓效應」，通過(guò)行星或其他天體的相對運動(dòng)和引力改變飛行器的軌道和速度，以此來(lái)節省燃料、時(shí)間和成本。

這樣的場(chǎng)景在科幻電影《星際穿越》就曾出現，電影中飛船燃料不足，宇航員只能通過(guò)多次飛近一顆引力巨大的黑洞，從而獲得了加速度以抵達下一個(gè)星球。

據 NASA 介紹，在太陽(yáng)軌道飛行器的設計壽命為 7 年，將在太陽(yáng)赤道高 24 度的傾斜面上運行，3 年后傾斜將達到 33 度。

飛行器靠近太陽(yáng)后，面臨的則是超高溫的考驗。要知道被太陽(yáng)高溫炙烤的水星，白天溫度就到達 430 ℃，而比水星更接近的太陽(yáng)的飛行器，所要承受的溫度更高，在這樣的高溫下，太空探測器和眾多儀器往往難以正常工作。

因此太陽(yáng)軌道飛行器采用一種定制的鈦隔熱罩，上面覆蓋了磷酸鈣涂層，可以承受超過(guò) 900 華氏度（約 480 ℃）的高溫，其中 5 個(gè)遙感成像儀測將通過(guò)隔熱罩上的窺視孔觀(guān)測太陽(yáng)，隔熱罩后的儀器的溫梯度能在保持在零下 4 華氏度到零下 122 華氏度之間。

正如歐洲航天局的科學(xué)家 Daniel Müller 所說(shuō)，這將進(jìn)入一個(gè)未知的世界。

太陽(yáng)兩極背后的秘密，可能和每個(gè)地球人都有關(guān)系

為什么要千里迢迢給太陽(yáng)兩極拍照？因為在太陽(yáng)兩極發(fā)生的事，可能對太空中的航天器、宇航員。乃至地球上每個(gè)人都會(huì )造成不小的影響。

這要從太陽(yáng)黑子說(shuō)起，1843 年德國天文學(xué)家 Samuel Heinrich Schwabe 發(fā)現太陽(yáng)黑子存在周期性的變化。在為期 11 年的周期里，太陽(yáng)黑子數先增加，然后逐漸下降至初始水平，而太陽(yáng)的兩極的磁場(chǎng)，每 11 年也會(huì )翻轉一次。

在太陽(yáng)磁場(chǎng)翻轉前夕，太陽(yáng)黑子活動(dòng)會(huì )達到頂峰，太陽(yáng)風(fēng)暴也出現的最為頻繁。

當這些太陽(yáng)風(fēng)暴襲擊地球，會(huì )對地球磁場(chǎng)產(chǎn)生擾動(dòng)，不僅會(huì )對干擾 GPS 和通信衛星，威脅太空中宇航員的生命，地球大量電子設備和基礎設施也可能受到波及。

在 1859 年 9 月，地球曾遭遇了有記載以來(lái)最強烈的太陽(yáng)風(fēng)暴，全球多地都出現了絢麗的極光，而同時(shí)歐洲和北美的電報系統卻徹底癱瘓，電報機自動(dòng)起火，甚至有發(fā)報員遭遇電擊，史稱(chēng)「卡靈頓事件」

類(lèi)似的事情發(fā)生了不止一兩次。1989 年的 3 月的一次太陽(yáng)風(fēng)暴，就讓加拿大魁北克省電網(wǎng)癱瘓，全省停電超過(guò) 9 個(gè)小時(shí)。同時(shí)美國新澤西州的塞倫核電站也嚴重損毀。

在這個(gè)高度依賴(lài)電網(wǎng)、衛星導航和各種電子設備的的現代社會(huì )，太陽(yáng)風(fēng)暴給我們造成影響將更加巨大。根據美國科學(xué)院 2011 年的一份報告，如果發(fā)生超級太陽(yáng)風(fēng)暴，第一年就可能給美國帶來(lái) 1-2 萬(wàn)億美元的損失，而風(fēng)暴后的重建時(shí)間可能需要 4-10 年。

要避免太陽(yáng)風(fēng)暴對我們造成影響，首先就要搞清楚其形成的原理?？茖W(xué)家認為，太陽(yáng)風(fēng)暴的形成可能與太陽(yáng)黑子 11 年的活動(dòng)周期有關(guān)，但科學(xué)家一直無(wú)法搞清楚為什么這個(gè)周期是 11 年，NASA 科學(xué)家 Holly Gilbert 認為，觀(guān)測太陽(yáng)兩極磁場(chǎng)的變化或許可以找到答案。

太陽(yáng)兩極對于我們進(jìn)行精確建模來(lái)說(shuō)尤為重要，為了能預測太空天氣事件，我們需要一個(gè)非常精確的太陽(yáng)全球磁場(chǎng)模型。

與帕克太陽(yáng)探測器合作，破解更多未解之謎

太陽(yáng)軌道飛行器是 NASA 是近年來(lái)對內層太陽(yáng)系的第二次主要探測任務(wù)，2018 年 8 月，NASA 斥資 15 億美元打造的帕克太陽(yáng)探測器（Parker Solar Probe）就開(kāi)始了逐日之旅。

帕克太陽(yáng)探測器是有史以來(lái)距離太陽(yáng)最近的探測器，也是人造航天器首次抵達恒星大氣層。在 1 月 29 日，帕克太陽(yáng)探測器才剛剛完成了第四次近日飛行，最近的時(shí)候距離太陽(yáng)表面只有 400 萬(wàn)英里（約 640 萬(wàn)公里）。

而在不久的將來(lái)，太陽(yáng)軌道飛行器會(huì )與帕克太陽(yáng)探測器協(xié)同工作，帕克太陽(yáng)器在近距離對太陽(yáng)粒子進(jìn)行采樣，而太陽(yáng)軌道飛行器則在更遠處拍攝太陽(yáng)的圖像，科學(xué)家會(huì )將兩者的觀(guān)測結果整合到一起。

此外當兩個(gè)探測器偶爾處于統一水平線(xiàn)上時(shí)，還會(huì )在不同的時(shí)間點(diǎn)對同樣的太陽(yáng)磁場(chǎng)線(xiàn)或太陽(yáng)風(fēng)流束進(jìn)行測量。NASA 科學(xué)家 Nieves-Chinchilla 表示，兩個(gè)探測器一同進(jìn)入軌道是航天史上一個(gè)巨大里程碑。

這是太陽(yáng)物理學(xué)家數十年來(lái)一直在等待的事情。在未來(lái)十年，兩者必將共同改變這一領(lǐng)域。

跟帕克太陽(yáng)探測器，當太陽(yáng)軌道飛行器完成任務(wù)后，不太可能再返回地球了，除了隔熱罩的部分都會(huì )被燃燒殆盡，只剩下隔熱罩繞著(zhù)太陽(yáng)旋轉，數千年后，這會(huì )成為人類(lèi)探索太陽(yáng)的印記，就像果殼網(wǎng)編輯 @Ent_evo 暢想的那樣：

也許當智慧生命第二次在地球上誕生的時(shí)候，會(huì )注意到太陽(yáng)邊上的一個(gè)明亮小物體。也許這將是伊卡洛斯飛得離太陽(yáng)最近的一次。

題圖及部分配圖來(lái)自：NASA