与星同在

[ 录入者:zhoumeichun | 时间:2008-09-06 15:08:50 | 作者: | 来源: | 浏览:2159次 ]

原文标题:Living with a Star

作者:Dr. Tony Phillips   原文来自:http://science.nasa.gov/   Posted: 2008.8.19

编译:Melipal   审校:Linq (编译版权所有,文章有删节,未经许可请勿转载。)

2008年8月19日:当你早上醒来后,发现整个行星 都被一颗恒星 的 大气吞没,你会觉得惊讶吗?

起床,向窗外看去。极光沿地平线舞动。暗色的 太阳黑子在头顶劈啪作响,而每次轻响的 威力都胜过一颗核弹。电视上,气象预报员在警告着宇航员,“太阳耀斑即将爆发”,虽然他并不知道具体时间。过了一会儿,卫星 信号开始闪烁不定。

这是在哪儿?欢迎来到地球。

NASA"与星 同在"(Living with a Star,LWS)计划的 负责人Lika Guhathakurta说:“这是事实。我们在太阳的 大气之内生活。”

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阿波罗17号的 宇航员拍摄的 地球。更多请点击(图片提供:NASA)

第一眼看上去,太阳是正午天空中相当沉默的 明晰圆球。但我们所见的 边缘只是个开始。太阳有着炽热而狂乱的 大气,名叫“日冕”,从太阳表面开始延伸,越过地球,直到冥王星 甚至以外的 地方。几乎无法看到日冕,只有在日全食的 时候才可以,但它确实存在。

与任何完全的 大气一样,日冕有天气变化,而且很频繁。那里有着十亿吨级的 日冕物质抛射、高能辐射风暴,以及无休止地吹动的 太阳风,速度可以达到每小时上百万英里。太阳系 的 每颗彗星 、小行星 和行星 都暴露在这些东西之下。

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ESA/NASA合作的 太阳和日球层观测平台(SOHO)记录下的 一次日冕物质抛射,也就是“CME”。更多请点击(图片提供:NASA)

我们的 行星 比大多数所受到的 防护都要好。我们有厚厚的 大气层以及全球性的 磁场,可以阻止住空间天气。实际上,如果我们呆在地球上,太阳的 天气系 统几乎不会影响到我们,导致的 影响也不会比偶然的 电力损耗或是无线电中断更严重。

而这里就有个问题了:

Guhathakurta说:“我们现在不是一直呆在地球上。文明要向太空扩展。”

超过500颗现役卫星 正环绕地球运行。我们依赖它们完成电视广播、电话、互联网、GPS导航以及天气预报工作。所有这些面对空间天气都是很脆弱的 。国际空间站位于地球磁场之内,因此可以受到一定程度上的 保护。但前往月球以及火星 的 未来宇航员是在磁泡之外的 。他们的 飞船要与太阳大气直接接触。

NASA的 与星 同在计划始于2001年,目的 是解决这一现实问题。Guhathakurta说:“如果我们要在太阳的 大气之内生活,我们需要对其了解更多——尤其是风暴的 预报方法。”

基本策略与地球上的 天气研究类似:“我们将发射一系 列的 ‘气象站’,也就是观测太阳大气不同方面的 航天器。”LWS由5项当下研发进度不同的 计划组成。它们将一起包围太阳,以前所未有的 方式探索太阳。

#1、太阳动力学观测站(The Solar Dynamics Observatory,SDO) Guhathakurta说:“要做好准备,接收一些让人掉下巴的 图片。”观测站上搭载的 照相机将为太阳黑子与耀斑拍摄HDTV级的 照片,以空前的 精度揭示太阳风暴的 爆发。

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SDO在NASA的 空间环境模拟器上接受测试。大图请点击(图片提供:NASA)

不过只有图片并不能讲述完整的 故事。NASA的 太阳物理学家Alex Pevtsov解释道:“太阳活动有点类似于木偶剧。如果你想了解木偶的 活动,你需要观察悬线。在太阳上,‘不可见的 悬线’是磁场,它们穿过太阳的 大气,引导着热量的 流动,谱写出巨大的 爆发。SDO可以绘制出详尽的 太阳磁图,让所有人可以一睹悬线所在。”

但是谁(或者是什么东西)在拉动悬线呢?Pevtsov说:“那可能是太阳的 磁场发电机。它隐藏在太阳的 表面以下。”幸运的 是,SDO也可以看到那里。这一技术叫做日震学成象。通过监视太阳表面的 震动,SDO可以探测星 体内部,这类似于地质学家利用地震产生的 地震波来探索地球内部情况。这样,任务科学家希望能描绘出太阳内部磁场发电机的 涨落,这是所有太阳活动的 根源。

进展报告:SDO已经建成,基本已就绪。“现在,SDO正在热真空室中进行测试,为前往太空的 艰难征程作准备。”

#2、太阳探测器+(Solar Probe Plus) “这也许是所有计划中最激动人心的 一个了。”这是一架耐热探测器,设计目标是进入太阳大气深处,并在这里为太阳风和磁场实时采样。“没有哪架探测器曾经象太阳探测器+这样飞到过这样靠近太阳的 地方,这里距离太阳表面只有700万公里。这是未被探测过的 领域,我们希望前往这里能让我们了解大量关于太阳大气的 东西。”

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太阳的 模拟图象,描绘了全文请点击(20 MB) 大图请点击(1MB)

进展报告:仍处于设计初期,NASA总部将该阶段称为“阶段A”。预计它最早于2015年发射。

#3、太阳哨兵(Solar Sentinels) Guhathakurta说:“我们将包围太阳。”装备精良的 三架NASA探测器以及第4架来自欧洲空间局(太阳轨道器)的 探测器将首次提供太阳活动的 正宗全球图象。“想象以下,只观测地球的 一面,就去搞清楚地球的 天气变化。这是不可能的 !但这正是我们研究太阳的 现状。”从地球可见的 一面限制了对太阳天气以及气候的 研究——而这是太阳哨兵将克服的 问题。

进展报告:“我们刚刚完成了科学技术定义小组报告,这给出的 是太阳哨兵的 整体方针。”发射预计不会早于2015年。

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艺术家笔下的 辐射带风暴探测器。(图片提供:NASA)

#4、辐射带风暴探测器(The Radiation Belt Storm Probes) Guhathakurta宣称,“如果不了解对地球的 作用,用不着去研究太阳。”这一计划研究的 的 至关重要的 日地关系 。太阳大气的 一缕可以被地球磁场束缚到辐射带之内,高能粒子在这里等待着试图脱离地球甚至只是环绕地球运行的 宇航员或卫星 。辐射带风暴探测器(包括两架)将探测这些区域,发现它们受空间天气影响的 分布以及能量获取过程。

进展报告:两架探测器正在约翰霍普金斯应用物理实验室建造,预计发射时间不会早于2011年。

#5、电离层—热层风暴探测器(The Ionosphere - Thermosphere Storm Probes) 另外两架探测器将环绕地球运转,研究地球的 高层大气,这样空气与太阳的 紫外线辐射进行着“第一次接触”。这是带电粒子强烈影响无线电波的 地方,影响着几乎所有形式的 长途通信以及GPS导航。这也是大气对太阳紫外线加热的 变化作出反应吸入呼出的 地方。向外的 呼出可以将卫星 包住并拖拽下来,而向内的 吸入会减少拖曳作用。电离层—热层风暴探测器可以监测该层大气对所有类型的 太阳风暴的 反应。

进展报告:Guhathakurta说:“这是一个重要的 计划,但尚未取得资金支持。现在我们手头在忙于其他工作。”

实际上,当你与一颗恒星 同在之时,可以做的 事情有许多。

(全文完)

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责任编辑:zhoumeichun

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