两个太阳探索器任务将帮助我们更了解太阳

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随着我们开发出越来越强大的工具来超越我们的太阳系，我们进一步了解了看似无尽的遥远恒星海洋及其好奇的绕行行星。但是只有一颗恒星，我们可以直行并近距离观察-那就是我们自己的恒星：太阳。

即将到来的两次飞行任务将使我们比以往任何时候都更接近太阳，这是我们发现太阳系中太阳活动复杂性，并探索整个宇宙空间和恒星本质的最佳机会。

NASA的帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）和ESA（欧洲航天局）的太阳轨道器（Solar Orbiter）将一起解决有关太阳内部困扰我们数十年的问题。它们对太阳的全面、近距离地研究，对我们的生活和探索方式具有重要意义：来自太阳的能量为地球上的生命提供动力，但也引发了太空天气事件，可能对我们日益依赖的技术造成危害。这种太空天气可能会干扰无线电通信，影响卫星和人类太空飞行，并且在最坏的情况下会干扰电网。更好地了解太阳驱动这些事件的的基本过程，可以对它们何时发生以及在地球上的影响产生预测。

“我们的目标是了解太阳如何工作以及如何影响太空环境，使其达到可预测的程度，”NASA戈达德太空飞行中心的太阳轨道器项目科学家克里斯·西尔说：“这确实是由好奇心驱动的科学。”

帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）计划于2018年夏季发射，太阳轨道器（Solar Orbiter）计划于2020年进行。这些任务是独立开发的，但其协调的科学目标是队友。

这两个任务将近距离观察太阳的动态外部大气，称为日冕。从地球上看，日冕只有在日全食期间才可见，而当月球遮挡太阳最强烈的光线并揭示外部大气的稀疏结构时，日冕才可见。但是日冕并不像日全食时那么精致，日冕的许多行为是无法预测的、也无法很好地理解。

日冕的带电气体受一组物理定律驱动，而这些定律很少涉及我们在地球上的正常经验。弄清楚导致带电粒子和磁场像它们那样跳动和扭曲的原因的细节可以帮助我们理解两个奥秘：什么使日冕比太阳表面热得多，以及什么导致太阳材料不断倾泻、太阳风如此之快。

我们可以从远处看到日冕，甚至可以测量太阳风经过地球时的样子，但这就像在瀑布下游测量一条平静的河流，并试图了解水流的来源一样。直到最近，我们才拥有能够抵御太阳附近的热量和辐射的技术，因此这是我们第一次接近光源。

“帕克太阳探测器和太阳轨道器采用不同类型的技术，但作为任务，它们将是互补的。”NASA帕克太阳探测器任务的研究科学家埃里克·克里斯蒂安（Eric Christian）说：“他们将同时拍摄太阳的日冕的照片，并且他们将看到一些相同的结构，如太阳两极正在发生的事情以及赤道处的那些相同的结构。”

派克太阳探测器将横越全新的领域，因为它比任何航天器都更接近太阳，距太阳表面约380万英里。如果将地球按比例缩小到一个足球场的一端，而将太阳缩小到另一端，则任务将使其到达类似于足球场4码线的位置。目前的纪录保持者Helios B，是1970年代后期的一次太阳飞行任务，但仅进入了29码线。

从这一角度出发，帕克太阳探测器的四套科学仪器旨在对太阳风成像，并研究磁场，等离子和高能粒子，阐明了太阳外部大气的真实结构，这些信息将揭示所谓的日冕加热问题。这是指与直觉相反的事实，即日冕的温度可能会飙升至几百万华氏度，而下面的太阳表面（光球）却徘徊在10000度左右。要完全理解这种温差的奇异之处，请想象一下离开篝火，感觉周围的空气变得越来越热。

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太阳轨道飞行器将位于距离太阳2600万英里的范围内，这将使它位于该隐喻足球场的27码范围内。它将处于高度倾斜的轨道上，可以提供我们有关太阳两极的第一张直接图像，这可能是理解驱动恒星不断活动的关键。

帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）和太阳轨道器（Solar Orbiter）都将研究太阳对太阳系最普遍的影响：太阳风。太阳不断呼出充满内部太阳系的磁化气流，称为太阳风。这种太阳风与整个太阳系中的磁场，大气甚至世界表面相互作用。在地球上，这种相互作用会引发极光，有时甚至会破坏通信系统和电网。

先前任务的数据已使科学家们相信，日冕有助于加速粒子的进程，从而驱动太阳风有着惊人的速度，在离开太阳并通过日冕时速度增加了三倍。目前，太阳风在到达测量它的航天器时已经传播了约9200万英里，这期间，会使这种带电的气体流与穿越太空的其他粒子混合并失去其某些特征。

帕克太阳探测器将在进入和离开日冕时捕获太阳风，并将有史以来最原始的太阳风测量结果传回地球。太阳轨道器的视角可以很好地观察太阳的两极，将补充帕克太阳探测器对太阳风的研究。

太阳轨道器还将利用其独特的轨道更好地了解太阳的磁场。太阳最有趣的一些磁活动集中在两极。但是，由于地球在大致与太阳赤道成一条直线的轨道上运行，因此我们通常无法从远处清楚地看到两极。这有点像试图从山脚下看到珠穆朗玛峰的顶峰。

两极还可以了解太阳的整体磁场性质。太阳的磁场之所以影响深远，很大程度上是因为有太阳风：随着太阳风的向外流动，它携带了太阳的磁场，从而产生了一个巨大的气泡，称为日光层。在日光层内，太阳风决定了行星大气的本质。太阳与星际空间的相互作用决定了太阳圈的边界。自从旅行者1号于2012年通过后，我们知道这些边界极大地保护了内部太阳系免受银河辐射的侵害。

尽管我们确实知道极周围的强磁场会驱动太阳的可变性，从而导致太阳耀斑和日冕物质抛射，但尚不清楚太阳磁场在太阳内部的产生或结构的确切程度。太阳轨道飞行器一次将悬停在大致相同的太阳大气区域上几天，而科学家们则观察到两极之间的张力不断增强和释放。这些观察结果可能会导致人们更好地了解最终产生太阳磁场的物理过程。

派克太阳探测器和太阳轨道器将共同提高我们对太阳和日光层的了解。一路走来，这些任务可能提出的问题比他们回答的要多，这是科学家们非常期待的问题。

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