- 當前位置：首頁 > 百科 > 帕克太陽探測器和太陽軌道器合作解決65年的太陽之謎
游客發表
（神秘的帕克地球uux.cn）據美國太空網（羅伯特·李）：太陽軌道飛行器和帕克太陽探測器進行的一項新的突破性測量使科學家們比以往任何時候都更接近解決圍繞太陽的一個長期之謎。奇怪的太陽探測太陽是，我們的器和器合主星的大氣層，或稱日冕，軌道比太陽表面要熱得多，作解盡管它離明顯的決年太陽熱源更遠——這是一個困擾物理學家大約65年的難題。
當歐洲航天局(ESA)操作的帕克太陽軌道器執行一些基于空間的體操時，這兩種儀器之間的太陽探測太陽合作成為可能。這些動作使得飛船能夠同時觀察太陽和美國宇航局的器和器合帕克太陽探測器。最終，軌道這允許在兩者之間同時進行太陽觀測，作解這一起表明湍流很可能將日冕加熱到令人難以置信的決年溫度。
“使用太陽軌道器和帕克太陽探測器的帕克能力真的在這項研究中開辟了一個全新的維度，”該結果研究的太陽探測太陽合著者、阿拉巴馬大學亨茨維爾分校的器和器合研究員加里·贊克在一份聲明中說。
這一合作最終可以解決所謂的“日冕加熱之謎”，它圍繞著日冕和太陽表面或光球之間的熱量差異，日冕由被稱為等離子體的纖細而模糊的帶電氣體組成。
太陽軌道飛行器拍攝的兩張太陽照片顯示了熾熱的日冕——太陽的外層大氣通常被太陽表面的光線所掩蓋。(圖片來源:uux.cn/歐空局)
日冕加熱之謎是什么？
日冕的溫度可高達180萬華氏度(100萬攝氏度)，而在其下方1000英里處，光球的溫度僅達到10800華氏度(6000攝氏度)左右。
這是一個令人不安的事實，因為太陽的核心，氫到氦的核聚變發生的地方，是太陽熱量的絕大部分來源。這就像營火上方大約一英尺的空氣比離火焰一英寸遠的空氣要熱。
熱量的差異也意味著一定有另一種加熱機制直接作用在日冕上。直到現在，科學家們還沒有發現這種機制，但是太陽大氣中的湍流顯著加熱了日冕等離子體，這一直被認為是一種合理的解釋。然而，用一個航天器的數據不可能調查這個假設。
衛星可以通過兩種方式調查太陽:它們可以近距離和個人化地進行現場測量，就像美國宇航局的帕克太陽探測器一樣，或者它們可以像太陽軌道飛行器一樣進行更遠程的調查。太陽軌道飛行器在距離太陽約2600萬英里(4200萬公里)的地方研究日冕，而帕克太陽探測器在距離太陽表面約400萬英里(640萬公里)的地方穿過太陽熾熱的等離子體。
但是，這兩種方法之間存在權衡。
遙感可以看到太陽的大部分細節，但在觀測日冕等離子體中的物理現象時，卻受到了影響。另一方面，原位觀測可以更詳細地測量等離子體，但往往會錯過更大的太陽圖像。
這意味著將太陽軌道飛行器對太陽事件的大規模測量與帕克太陽探測器對同一現象的詳細觀察結合起來，可以為我們呈現太陽的全貌，其中包含所有復雜的細節——這是兩個世界的最佳選擇。
然而，這并不像聽起來那么簡單。為了促進這一合作，帕克太陽探測器必須在太陽軌道飛行器的一個儀器的視野范圍內，因為兩者從它們的相對位置觀察太陽。
科學家如何實現“兩全其美”來解決太陽之謎
包括意大利國家天體物理研究所(INAF)研究員Daniele Telloni在內的一組天文學家發現，在2022年6月1日，這兩個太陽天文臺將在理想軌道配置的觸摸距離內進行這樣的合作。
由于太陽軌道器將會看著太陽，帕克太陽探測器將會剛好偏到一邊，只稍微超出歐空局航天器Metis儀器的視野一點點——這是一種稱為“日冕儀”的設備，可以阻擋來自光球層的光來成像日冕，是大規模遠距離觀測的理想選擇。
一幅插圖顯示，太陽軌道飛行器需要執行一個機動動作，以同時捕捉帕克太陽探測器和太陽。(圖片鳴謝:uux.cn/ESA/NASA/Robert Lea)
為了將兩個航天器完美地排成一行，并讓帕克太陽探測器看到Metis，太陽軌道飛行器進行了45度的滾動，然后稍微遠離太陽。
航天器操作團隊授權的這一精心計劃的機動所收集的數據得到了回報，揭示了湍流確實可能以太陽物理學家理論上預測的方式轉移能量，從而導致日冕加熱。
湍流驅動日冕加熱的方式類似于在地球上攪拌咖啡時發生的情況。通過流體或氣體(咖啡和等離子體)的隨機運動，能量被轉移到更小的尺度上，這將能量轉化為熱量。在日冕的情況下，等離子體被磁化，這意味著儲存的磁能也可以轉化為熱能。
從較大尺度到較小尺度的磁場和運動或動能的轉移是這種湍流的本質，在最小尺度下，它允許波動與單個粒子相互作用，主要是帶正電荷的質子，從而加熱它們。
然而，這并不是說日冕加熱的神秘已經“結案”了。太陽科學家仍然需要確認這些結果以及帕克太陽探測器和太陽軌道器之間的合作所暗示的機制。
“這是科學第一。這項工作代表著解決日冕加熱問題的重要一步，”太陽軌道器項目科學家丹尼爾·米勒說。
該團隊的研究發表在周四(9月14日)的《天體物理學雜志快報》上。
當歐洲航天局(ESA)操作的帕克太陽軌道器執行一些基于空間的體操時，這兩種儀器之間的太陽探測太陽合作成為可能。這些動作使得飛船能夠同時觀察太陽和美國宇航局的器和器合帕克太陽探測器。最終，軌道這允許在兩者之間同時進行太陽觀測，作解這一起表明湍流很可能將日冕加熱到令人難以置信的決年溫度。
“使用太陽軌道器和帕克太陽探測器的帕克能力真的在這項研究中開辟了一個全新的維度，”該結果研究的太陽探測太陽合著者、阿拉巴馬大學亨茨維爾分校的器和器合研究員加里·贊克在一份聲明中說。
這一合作最終可以解決所謂的“日冕加熱之謎”，它圍繞著日冕和太陽表面或光球之間的熱量差異，日冕由被稱為等離子體的纖細而模糊的帶電氣體組成。
太陽軌道飛行器拍攝的兩張太陽照片顯示了熾熱的日冕——太陽的外層大氣通常被太陽表面的光線所掩蓋。(圖片來源:uux.cn/歐空局)
日冕加熱之謎是什么？
日冕的溫度可高達180萬華氏度(100萬攝氏度)，而在其下方1000英里處，光球的溫度僅達到10800華氏度(6000攝氏度)左右。
這是一個令人不安的事實，因為太陽的核心，氫到氦的核聚變發生的地方，是太陽熱量的絕大部分來源。這就像營火上方大約一英尺的空氣比離火焰一英寸遠的空氣要熱。
熱量的差異也意味著一定有另一種加熱機制直接作用在日冕上。直到現在，科學家們還沒有發現這種機制，但是太陽大氣中的湍流顯著加熱了日冕等離子體，這一直被認為是一種合理的解釋。然而，用一個航天器的數據不可能調查這個假設。
衛星可以通過兩種方式調查太陽:它們可以近距離和個人化地進行現場測量，就像美國宇航局的帕克太陽探測器一樣，或者它們可以像太陽軌道飛行器一樣進行更遠程的調查。太陽軌道飛行器在距離太陽約2600萬英里(4200萬公里)的地方研究日冕，而帕克太陽探測器在距離太陽表面約400萬英里(640萬公里)的地方穿過太陽熾熱的等離子體。
但是，這兩種方法之間存在權衡。
遙感可以看到太陽的大部分細節，但在觀測日冕等離子體中的物理現象時，卻受到了影響。另一方面，原位觀測可以更詳細地測量等離子體，但往往會錯過更大的太陽圖像。
這意味著將太陽軌道飛行器對太陽事件的大規模測量與帕克太陽探測器對同一現象的詳細觀察結合起來，可以為我們呈現太陽的全貌，其中包含所有復雜的細節——這是兩個世界的最佳選擇。
然而，這并不像聽起來那么簡單。為了促進這一合作，帕克太陽探測器必須在太陽軌道飛行器的一個儀器的視野范圍內，因為兩者從它們的相對位置觀察太陽。
科學家如何實現“兩全其美”來解決太陽之謎
包括意大利國家天體物理研究所(INAF)研究員Daniele Telloni在內的一組天文學家發現，在2022年6月1日，這兩個太陽天文臺將在理想軌道配置的觸摸距離內進行這樣的合作。
由于太陽軌道器將會看著太陽，帕克太陽探測器將會剛好偏到一邊，只稍微超出歐空局航天器Metis儀器的視野一點點——這是一種稱為“日冕儀”的設備，可以阻擋來自光球層的光來成像日冕，是大規模遠距離觀測的理想選擇。
一幅插圖顯示，太陽軌道飛行器需要執行一個機動動作，以同時捕捉帕克太陽探測器和太陽。(圖片鳴謝:uux.cn/ESA/NASA/Robert Lea)
為了將兩個航天器完美地排成一行，并讓帕克太陽探測器看到Metis，太陽軌道飛行器進行了45度的滾動，然后稍微遠離太陽。
航天器操作團隊授權的這一精心計劃的機動所收集的數據得到了回報，揭示了湍流確實可能以太陽物理學家理論上預測的方式轉移能量，從而導致日冕加熱。
湍流驅動日冕加熱的方式類似于在地球上攪拌咖啡時發生的情況。通過流體或氣體(咖啡和等離子體)的隨機運動，能量被轉移到更小的尺度上，這將能量轉化為熱量。在日冕的情況下，等離子體被磁化，這意味著儲存的磁能也可以轉化為熱能。
從較大尺度到較小尺度的磁場和運動或動能的轉移是這種湍流的本質，在最小尺度下，它允許波動與單個粒子相互作用，主要是帶正電荷的質子，從而加熱它們。
然而，這并不是說日冕加熱的神秘已經“結案”了。太陽科學家仍然需要確認這些結果以及帕克太陽探測器和太陽軌道器之間的合作所暗示的機制。
“這是科學第一。這項工作代表著解決日冕加熱問題的重要一步，”太陽軌道器項目科學家丹尼爾·米勒說。
該團隊的研究發表在周四(9月14日)的《天體物理學雜志快報》上。
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