NASA中文-多个航天器讲述了一个巨大太阳风暴的故事 (nasa中文官网入口)

2021年4月17日，对太阳来说是平凡的一天，直到一道明亮的光闪爆发，巨大的太阳物质云从我们的恒星中喷涌而出。太阳的这种爆发并不罕见，但这一次的爆发范围异常广泛，它以接近光速的速度抛射高速质子和电子，击中了内太阳系多个航天器。实际上，这是第一次观察到如此高速的质子和电子——被称为太阳高能粒子（SEPs）——在太阳和地球之间的五个不同、相隔甚远的位置，以及绕火星轨道运行的航天器上被观测到。

现在，对这场太阳风暴的多角度观测表明，不同类型的潜在危险SEPs可以由不同的太阳现象产生以不同的方向喷射到太空，导致它们变得广泛分布。2021年4月17日，日地关系天文台（STEREO）的一艘航天器拍摄到了这样一幅画面：一次日冕物质抛射正从太阳（它被中心的黑色圆盘覆盖，以便更好地观测周围的特征）喷涌而出。

SEPs可能会损害我们的技术，如卫星，并且扰乱GPS。芬兰图尔库大学物理与天文学系的尼娜·德雷辛（NinaDresing）说。处于太空中的人类，甚至是飞行在极地航线上的飞机上的人，也可能在强SEP事件中遭受有害辐射。

像德雷辛这样的科学家急于找出这些粒子的确切来源——以及是什么推动它们达到如此高的速度——以更好地学习如何保护人类和技术免受伤害。德雷辛领导了一个科学家团队，该团队分析了每个航天器何时以及被哪些粒子击中。该团队在《天文与天体物理学》杂志上发表了其研究结果。

目前，欧洲航天局（ESA）和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）联合发射的BepiColombo航天器正在前往水星的途中，它距离爆炸的直接射击线最近，受到最强烈的粒子冲击。同时，NASA的帕克太阳探测器和ESA的太阳轨道器分别位于耀斑的两侧，但帕克太阳探测器离太阳更近，所以它比太阳轨道器受到的打击更大。接下来是NASA的两个日地关系天文台（STEREO）之一STEREO-a，然后是NASA/ESA的太阳与日光层观测台探测器（SOHO）以及NASA的Wind航天器，它们更靠近地球并远离爆发。环绕火星轨道的是NASA的MAVEN和ESA的火星快车（MarsExpress）航天器，它们是最后感知到此次事件粒子的航天器。

这些粒子在太阳周围近三分之二的空间内，即210度经度范围内被探测到——这比太阳爆发通常覆盖的角度要宽得多。每个航天器在其位置记录了不同的电子和质子洪流。不同航天器记录的粒子到达时间和特性的差异帮助科学家拼凑出何时以及在何种条件下SEPs被喷射到太空中。团队得出结论，电子可能由最初的光闪——一次太阳耀斑——迅速推向太空，而质子则可能由太阳物质云或日冕物质抛射产生的冲击波更慢地推动。

除了耀斑和日冕物质抛射，航天器在事件期间还记录了来自太阳的四组无线电爆发，这可能伴随着四个不同方向的不同粒子爆发。这一观测有助于解释粒子如何变得如此广泛分布。我们有不同的明显粒子注入事件——它们进入了截然不同的方向——所有这些事件共同导致了该事件的广泛分布。德雷辛说。

这一事件能够展示多个视角在解开事件复杂性中的重要性。德·诺尔福说。这些结果展示了未来NASA太阳物理学任务的前景，这些任务将使用多个航天器来研究广泛的现象，如地球空间动力学星座（GDC）、SunRISE、PUNCH和HelioSwarm。虽然单一航天器可以揭示局部条件，但不同位置轨道的多个航天器提供了更深入的科学见解，并提供了关于太空及地球周围发生的事情的更完整画面。它还预演了未来任务将要完成的工作。

吹遍太阳系的“风”，来自太阳的暴脾气

“太阳风”这个词汇对于大家并不陌生，通常情况下人们会将它和地球上的风归成一类，但事实上这两者完全不同。 地球上的风是由空气流动产生的，在地球上一场12级的台风的风速为每秒32.7至36.9米；而太阳风是太阳的日冕向空间抛出的高速带电粒子流，当太阳风抵达地球的时候，其速度一般都在米每秒以上。 太阳风是20世纪空间物理的重大发现，让人类对太阳系有了更进一步的了解。 它的发现可以追溯1850年，英国科学家卡林顿在对太阳黑子的观测过程中，发现了一次持续几分钟的闪光，当时他认为这是有一颗倒霉的陨石被太阳吞噬。 在随后的几十年里，科学家们利用更先进的观测仪器来观测这种不时发生的闪光，发现这并不是陨石，而是太阳的表面发生了短暂的、小型的爆炸。 通过进一步的观测，科学家们发现在太阳表面发生短暂的爆炸之后，会有一些粒子被抛射出来，在太阳的磁场的作用下，它们形成了高速运动的带电粒子流，并沿着太阳的开放的磁场线发射到空间中。 这种高速运动的带电粒子流，就是现在我们所知道的太阳风。 太阳吹出的高速粒子流会对太阳系的大部分天体造成重大影响，没有磁场保护的星球会直接暴露在高速粒子的轰击之下，水星和月球上的一片狼籍很多都是太阳风的杰作（陨石坑除外），除此之外，太阳风还会使行星的大气最外层的元素电离并逃逸，据研究火星的大气层就是太阳风“吹”走的。 当我们在欣赏带着长长尾巴的彗星的时候，其实此时的彗星正在被太阳风“疯狂蹂躏”。 1959年7月15日发生了一次巨大的太阳风暴，在7月21日太阳风抵达地球的时候，竟然使地球的自转速度瞬间减慢了0.85毫秒！据科学家推测，在当天地球发生的多起地震事件与此次太阳风有着直接的关系。 幸运的是我们的地球拥有强大的磁场，当太阳风吹到地球附近的时候，地球的磁场会阻止粒子流的运动，使其不能轰击地球，而是绕过地球的磁场继续向前。 在这个过程中，地球的磁场线也会被太阳风吹得向后扭曲，如果可以看得见的话，此时地球的磁场的外观会变成一头大一头小椭圆形。 但是如果太阳风足够强大的话，还是会有一小部分会突破屏障进入大气层，从而对地球产生影响。 在地球的两极见到的绚丽的极光，就是进入地球磁场的太阳光与地球大气层中的空气分子互相碰撞产生的。 太阳风也会使我们人类的活动受到影响，具体表现在无线通讯质量下降甚至中断，导航系统混乱、处于高纬度地区的电网失效、人造卫星失灵等，除此之外如果暴露在太阳风下，会造成人体免疫力的下降，使人更容易患病。 因此当太阳风强烈的时候，为了我们的身体 健康 ，我们应该尽量不呆在室外。 太阳风的威力会随着距离的增加而逐渐减小，根据科学家的计算，太阳风的作用范围约为100个天文单位（天文单位是指太阳和地球之间的平均距离），NASA于2013年宣布，“旅行者一号”已经离开了太阳系，就是以此为依据。 太阳风所蕴含的能量引起了科学家们的兴趣，据悉NASA正在开发一种以太阳风为主要动力的航天器，保守估计这种航天器的速度会比现在人类最快的航天器要快上4倍以上。 另外，科学家们通过计算得出结论，如果在太空中建立一个宽8400公里的用于收集太阳风的“太阳帆”，其产生的能量可以满足当前地球上全部的用电需求。 在未来人类会开展越来越多的外太空活动，太阳风的预警系统将变得非常重要。 另外，在宇宙中的许多恒星都会吹出自己的“太阳风，因此对太阳风的更加深入的研究，必然对人类了解宇宙起着极其重要的作用。

运行在太阳周围的太阳轨道器，揭开太阳的神秘面纱

太阳轨道器是2020年2月发射的，它将于3月26日抵达距离太阳最近的轨道上。 该航天器将在距离太阳3100万英里（5000万公里）的轨道上运行，只是太阳到地球的距离的三分之一。 这将使太阳轨道器与水星围绕太阳运行的轨道相重合，水星是距离太阳最近的行星。 据 欧洲航天局 称，与NASA共同完成这项任务的欧洲航天局将在未来几周内公布首批太阳图像和数据，虽然太阳轨道器抵达了预定轨道，但是因为下载和分析收集到的太阳数据信息需要时间。 航天爱好者可以通过欧洲航天局开发的跟踪太阳探测器旅程的软件，来跟踪太阳轨道器的行程。 收集的太阳数据可以帮助科学家们解开太阳谜团，包括太阳温度为什么会那么高，以及如何通过太阳大气层上升。 太阳轨道器还将为太阳拍摄高分辨率图，并记录太阳风，它是一种从太阳上刮出的带电粒子流。 惊人的图像 太阳轨道器拍摄图像提供了一个距离太阳最近的拍摄视角，捕捉到了前所未有的细节，包括有史以来拍摄到的太阳外层大气的最高分辨率图像。 这些照片是在3月7日轨道器穿过地球和太阳之间时拍摄到的。 该航天器位于地球和太阳之间，距离太阳约4600万英里（7400万公里）。 其中一张照片是利用日冕环境仪器SPICE的光谱成像技术拍摄的，这是50年来第一张用紫外线显示的全太阳图像。 不同波长的光可以帮助研究人员研究太阳表面和日冕或外层大气之间的温差。 一家爱尔兰的初创公司，他们研制的新技术可以让太阳轨道飞行器围绕太阳飞行时保持较低的温度。 太阳日冕时温度可达100万摄氏度（180万华氏度），而太阳表面温度为5000摄氏度（9000华氏度）。 太阳轨道器可以帮助人类研究为什么在远离太阳核心的地方温度反而会上升，而不是下降。 这是太阳轨道器首次这么地接近太阳，它计划在未来几年内多次接近太阳星。 轨道器还将变换接近太阳的地点，来拍摄人类以前从未拍摄过的太阳极地区域。 太阳轨道器装备了多层隔热板，并且涂有一种叫做“太阳黑”的特殊涂层，它是用烧成灰的骨头制成，轨道器的摄像头采用滑动门设计，拍摄的时候打开，拍完自动关闭，这样可以保护其仪器，太阳能电池板可以遮挡太阳光，避免轨道器直接被太阳照射。 这些方法的共同作用，可以防止轨道器在拍摄太阳时被融化。 太阳最近表现得越来越活跃，太阳轨道器一直在观察太阳的脾气。 3月2日，一个巨大的太阳耀斑从太阳上空爆炸。 这次喷发被评为M级，在五个测量太阳耀斑强度的类别中排名第四。 据美国国家航空航天局（NASA）称，这种强度的爆发可能会导致地球两极短暂的无线电中断，以及可能对国际空间站宇航员造成轻微的辐射。 太阳轨道器上的紫外线成像仪拍摄到了这一事件的视频。 与此同时， 2018年发射的“帕克太阳探测器” ，在2021年底成为第一个“触摸太阳”的航天器，最近在2月15日太阳在帕克飞行的方向释放了大量的带电粒子，使它经历了一次较大的日珥。 如果说太阳耀斑和风暴——如2月15日令人印象深刻的耀斑（也被太阳轨道器捕捉到）或2月影响SpaceX的Starlink卫星的太阳风暴——这些现象似乎发生得越来越频繁，那是因为太阳正在加速活动。 了解太阳耀斑和风暴的活动周期很重要，因为太阳耀斑和日冕物质抛射事件等爆发——会对电网、卫星、GPS、航空公司、火箭和太空中的宇航员产生影响。 每隔11年，太阳都会发生一次剧烈的太阳活动。 太阳的上一个活动周期是在2019年12月开始的，下一个太阳活动高峰预计将在2025年7月出现。 在一个太阳活动周期的过程中，太阳从一个平静的时期发展到一个非常强烈和活跃的时期。 可以通过计算太阳黑子的数量，以及随着时间的进展可以看到多少个太阳黑子来跟踪这一活动。 太阳黑子或太阳上的黑点是耀斑和喷射事件的原点，这些事件将光、太阳物质和能量释放到太空中。

56年前的NASA航天器将坠落地球，是什么导致的？

56年前的航天器坠落地球，起初由于NASA早在1969年不再收到该航天器发回的信号，紧接着在1971年科学家终止了对航天器的支持和维护。即发生故障没有及时维修，随后还停止了其状态的维护，导致航天器最终失去作用，最终在地球引力的作用下坠入大气层返回地球。

该航天器是1964年9月由美国科学家发射到太空中的，其作用是对地球参数进行探测，为科学家更好地了解地球提供数据。该项任务由先后发射的六架航天器共同执行，此次坠落到地球上的航天器是六架航天器中第一架发射的航天器，同时也是最后一架坠入地球的航天器。

在1964年到1969年的时间里，航天器出色地完成了科学家交给它的任务，但在1969年后，科学家突然失去了航天器的返回信号。损坏的原因NASA没有给出官方的解释，但我们可以通过分析找出航天器损害的一些因素。

最直接的原因是航天器的信号发射装置出现了损坏，能造成信号发射器损坏的原因有很多。如太阳风暴影响，小型陨石的磕碰，又或者极端温度环境对发射器元件造成了损伤。

在太阳系中，存在着强烈的太阳的风暴，太阳风暴爆发时会产生强大的电离辐射，对信号接收单元和发射单元都构成了巨大的威胁。如果发射器对电离辐射的防护做得不够好，极有可能会在某一次太阳风暴中正好对发射器产生致命损害。

另外，由于地球引力的存在，来自太空的陨石会被引力吸引飞向地球表面，由于太空环境中没有空气，也就不会对陨石的飞行产生阻力，陨石的飞行速度会达到一个极高的程度。在这样的速度下，哪怕是黄豆般大小的陨石，也会对精密的太空飞行器产生较大危害。

最后，太空环境在太阳照射下元件的温度能快速上升，在脱离太阳照射后又会迅速降低，在这样剧冷剧热的条件下，元件极有可能因为热胀冷缩进而产生损坏。

随着人类对太空环境的进一步了解，以及材料科学的不断发展，航天器元件的寿命也将越来越长，但这注定要付出一定的时间和经济代价，这也是科学发展不可避免的必经之路。