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中國科學家設想到太空追逐“日食”探秘太陽風暴
2018-08-14 21:05:36 來源: 新華網
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日全食(圖片來自NASA, M. Druckmüller拍攝)

  新華社北京8月14日電(記者喻菲)月亮遮擋太陽而形成的日全食不僅景象壯觀震撼,也是科學家觀測日冕的絕佳機會,但這樣的時機過于短暫稀少,稍縱即逝。中國科學家最近提出了一種新穎的觀測模式,到太空中利用地球的遮擋形成另類“日食”,通過長時間、高精度的觀測探秘太陽風暴。

  12日升空的美國“帕克”太陽探測器開啟了人類歷史上首次“觸摸”太陽的逐日之旅,歷經7年飛行後它將進入日冕一探究竟。同樣是研究日冕,中國科學家的方案卻是深入地球的陰影裏去。

  中國科學院國家空間科學中心研究員羅冰顯説,日冕,即太陽上層大氣,溫度高達上百萬攝氏度,經常産生太陽風暴,會對衛星、導航、通訊等産生嚴重影響。然而,受限于觀測能力,人類對日冕的物理規律認識很不足,日冕加熱機制曾被《科學》雜志列為當代八大未解天文之謎。

  羅冰顯説:“在地球上觀測日冕非常困難,因為雖然日冕溫度很高,但它的亮度和我們平時肉眼所看到的太陽本體相比不足百萬分之一。”

  他説,在自然條件下,只有出現日全食的時候才能觀測日冕。然而日全食發生的次數非常稀少,一次日全食只能持續幾分鐘,有時候可觀測位置位于海洋上,有時候天氣條件又不利于觀測,所以靠日全食進行日冕觀測受到很大限制。

在太空觀測日食的概念圖(受訪者提供)

  據介紹,科學家們根據日全食的産生原理,設計了一種名為日冕儀的儀器,利用人工擋板把太陽本體的光擋住,從而對日冕發出的光線進行觀測。但是,日冕儀會受到雜散光、漸暈等各種影響,如果是在地球上使用,還會受地球大氣散射、天氣等條件的影響。

  “我們借鑒月亮遮擋太陽形成日食的原理,想到地球也能作為遮擋物,可以將望遠鏡放在太陽和地球連線的遠端進行日冕觀測。”羅冰顯説。

  羅冰顯的團隊計算後發現,最合適的觀測點距離地球約140萬公裏,位于日地第二拉格朗日點附近。在這裏,望遠鏡在日地引力和微小的推力作用下,就可與地球以相同的角速度繞太陽公轉,太陽、地球、望遠鏡三者的相對位置保持不變,且地球能恰好完全遮擋太陽,可以獲得長時間、高精度的日冕觀測數據。

  最近,羅冰顯與中國科學技術大學申成龍教授、以及中國科學院微小衛星創新研究院的王亞敏博士組成的研究團隊帶著這個被命名為“地掩天蝕”的觀測設想,參加了在深圳舉行的“率先杯”未來技術創新大賽,並位列30個優勝項目之一。

在太空觀測日食的概念圖(受訪者提供)

  羅冰顯説,要實施這個計劃還面臨兩大技術挑戰:一是為了獲得盡可能長的觀測時間,探測器需長期保持在地球陰影區,太陽光照缺失,無法採用傳統的太陽能電池陣解決探測器供電問題;二是探測器隨著地球一起繞太陽公轉時,慣性加速度與日地引力存在細微的不平衡,需要額外的推力來進行補償。

  “目前我們正在進一步論證各種解決方案,比如採用放射性同位素電源解決電力問題,通過軌道優化、高比衝推進器解決引力補償問題等。另一個方案是在合適的太陽光照區域部署太陽帆航天器,與位于陰影區的日冕探測器用係繩連接,這樣既能為探測器供電,又能利用太陽光對太陽帆産生的壓力平衡引力。”羅冰顯説,“具體採用什麼方式,還有沒有其他更好的方式,還需要更深入的研究。”

  他説,對太陽的認識是人類了解宇宙奧秘、揭示生命規律的重要方式。此外,太陽經常會發生爆發活動,這些爆發活動會影響衛星、電網、海底電纜、輸油管道、飛機、定位導航、通訊等人類賴以生存的高技術係統。因此,人類需要具備太陽爆發活動的預警能力,以應對太陽風暴的影響。

  “如果‘地掩天蝕’計劃能夠實施,將大幅度提升現有日冕觀測能力,有望幫助解開日冕加熱、太陽風暴的秘密,也能服務于空間環境預報,應對太陽風暴對人類技術係統的影響。”羅冰顯説。

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【糾錯】 責任編輯: 唐斕
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