太阳轨道飞行器：能给烈日拍高清照片的超级照相机

中国古时有“后羿射日”、“嫦娥奔月”的传说，今天，地球上的人类已多次发射探测器“奔日”，最新发射的欧洲“太阳轨道飞行器”（Solar Orbiter）更朝着近观太阳南北两极的目标前进。

“太阳轨道飞行器” 由欧洲空间局（ESA，又译欧洲航天局或欧洲太空总署）牵头研发，再交由美国国家航空航天局（NASA，又译美国宇航局或美国太空总署）发射。

飞行器于美国东部时间星期天（2月9日）深夜从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地顺利升空，整项任务为期七年，其中从地球飞往太阳需时约两年，预计在2021年11月到达执行任务位置。

科学家预期，耗资15亿欧元（16亿美元；114亿元人民币）的“太阳轨道飞行器”为人类发回前所未见的太阳高清照片与视频，但其意义不仅仅是一台高清照相机。BBC科学事务记者乔纳森·阿莫斯（Jonathan Amos）指出，研究人员还希望从中加深了解这颗恒星的动态特性。

太阳轨道飞行器有何独特之处？

简称“单飞”（SolO）的“太阳轨道飞行器”配备了六台成像仪与四组原位测试仪器（in-situ instruments），将在一条距离太阳表面4200万公里的轨道上围绕太阳运行，比水星更贴近太阳。水星的气温本来已经极其炽热。

因此，飞行器得在一个大型钛罩的保护下工作，仪器透过窥视孔拍照或采样完毕后，窥视孔必须关上，否则机器恐会溶化。

欧洲航空业巨头空中客车旗下的空客国防与航天公司（Airbus Defence and Space）承建“太阳轨道飞行器”。项目工程师米歇尔·斯普雷克博士（Dr Michelle Sprake）向BBC介绍说：“为了确保这飞船能承受高达600摄氏度的高温，我们开发了一系列的崭新技术。”

“我们还用上了烤过的动物骨头来制造涂层，来确保飞船不会过热。”

关于太阳

太阳轨道飞行器除了要拍照，还要做什么？

太阳不时喷射出数以十亿吨计的物质，称为“太阳风”（solar wind），会干扰磁场，影响到地球上的活动。如果“太阳风”太强，来到地球就会形成“太阳风暴”（solar storm或geomagnetic storm），妨碍人造卫星与无线电通信运作，甚至导致供电网络断路。

太阳轨道飞行器上的原位测试仪器将采样太阳喷射出来的电浆体（plasma，又称等离子体）与磁场。研究人员希望，这项任务能协助改善对太阳风暴的预测。

伦敦帝国理工学院（Imperial College London）物理学家蒂姆·霍伯里教授（Prof Tim Horbury）为飞行器上的磁力仪（磁强计）担任课题组长。他说：“太阳轨道飞行器研究的就是太阳表面在发生什么事情，还有太空在发生什么事情。”

“我们得走近太阳，找出个源头，测量从那跑出来的粒子与磁场。就是这样的研究组合，加上其独特运行轨道，让太阳轨道飞行器能强有力的调研太阳是如何运转，太阳是怎样影响太阳系。”

而这独特的轨道有望让SolO脱离黄道面, 即太陽绕地球旋转的轨道平面，俯瞰太阳的北极与南极。

伦敦大学学院（University College London）空间与气候物理学系教授露西·葛琳（Prof Lucie Green）对BBC指出：“我们还不掌握为什么太阳活动存在着11年的兴衰周期，我们受到一些观测短缺阻碍，无法确定哪些既有理论是正确的，而这观测短缺正是对太阳南北两极的观测。”

研究人员到底预期能看到什么，他们也说不清，但SolO预计将能探测到太阳活动快将出现变化的征兆。

欧洲空间局“太阳轨道飞行器”项目科学家丹尼尔·穆勒博士（Dr Daniel Müller）推测：“我们相信能在下一个周期展开之初，从极地看到端倪，而这端倪将是磁场的聚集。”

科学界近期还将开展哪些“探日”项目？

BBC科学事务记者阿莫斯形容，2020年代将是太阳物理学取得长足进展的黄金时代。

2018年8月，美国宇航局发射了“派克太阳探测器”（Parker Solar Probe），SolO可谓追随着派克号的步伐“奔日”。这两台探测器的任务目标以至于装备都有相似之处，不过身型略小的派克号将比SolO走得更前，飞行至距离太阳表面620万公里处，穿越太阳的外大气层，探测并追踪日冕（corona）的能量流动。

而就在2019年12月，坐落于美国夏威夷茂宜岛的井上健太阳望远镜（Daniel Ken Inouye Solar Telescope; DKIST）正式“开光”（first light）。这台4米口径的望远镜能看到并拍摄太阳表面最小直径30公里的范围，2020年1月发布的“开光”影像就精细记录了电浆体在太阳表面沸腾的情景。

欧洲空间局科学总监冈瑟·哈辛格教授（Prof Günther Hasinger）说：“SolO就像是个研究内太阳系任务的家族成员。我就当这是一个交响乐团，每一件乐器都在响着不同的音调，但它们共同吹奏着一曲太阳协奏曲。”

您可以关注乔纳森·阿莫斯的Twitter：@BBCAmos