对太阳的探测
第八节 对太阳的探测
太阳犹如地球的母亲，为地球上的生命提供光和热，哺育万物生长。地球距离太阳尽管有1.5亿千米，但太阳上的一些活动，如出现大黑子或耀斑等，也对地球上的生命和人类活动带来严重的影响。
太阳以光辐射形式到达地球大气层外的热能，使地球人类能够繁衍生息，使地球万物生机盎然。太阳的黑子活动，向外发射高能粒子，可引起地球上电离层扰动和磁场爆发;太阳的耀斑爆发所产生的大量紫外线、X射线、γ射线和高能带电离子，能扰乱地球磁场，引起磁暴，破坏电离层，造成短波电信中断，伤害地球上的生物和电信设备;太阳上带电粒子流形成的太阳风，会影响地球的气候、短波通信和人造卫星的正常运行。
因此，对太阳及日地空间的探测，不仅有利于加强日地空间物理研究，对认识宇宙有重大意义，而且可为航天活动有效的安全防护措施提供可靠的依据，从而推动航天技术和空间资源开发利用的深入发展。
由于大气的阻隔，从地面观测太阳受到很大限制，无法了解太阳电磁辐射的全部情况。20世纪60年代以来，空间探测器以及探测太阳的人造卫星，如太阳辐射监测卫星、轨道太阳观测站、国际日地探险者和太阳峰年探测卫星等，探测了太阳的结构、化学成分、黑子周期、太阳耀斑和太阳质子事件，监测了太阳发生的X射线、紫外线和γ射线辐射，研究了太阳活动变化及对地球的影响，获得了一系列探测成果。
近地轨道上的观测 空间站上的航天员拍摄了大量太阳照片，发现了许多新现象，为研究太阳耀斑起源和特性等提供了珍贵资料。
从月球上观测 那里没有大气和磁场的阻挡，美国“阿波罗”载人飞船登月后曾在月球表面上安装了收集宇宙线和太阳风的仪器。
使用太阳探测器 它可在靠近太阳的行星轨道上更清楚地观测太阳，美国“尤利西斯号”太阳探测器于1994年9月飞越了太阳南极，首次近距离考察了太阳磁极。
在“尤利西斯”之前，人类对于太阳的观测仅仅局限于太阳的低纬度，观测地点都是在太阳的黄道平面上。为了探索太阳所有纬度情况，尤其是南北两极的情况，探测器采用了南北两级的飞行模式(这需要大量能量，因此探测器配备了一个燃料火箭)。1992年，探测器被助推到木星轨道附近，利用木星强大的行星重力进行变轨，使探测器进入近日点1天文单位(地球的位置)，远日点5天文单位(木星的位置)，与黄道倾角为80.2度的大椭圆轨道上。在这个位置可以对太阳表面一览无余，能够全方位地观测太阳。
“尤利西斯”号从太阳北极上空飞越
“尤利西斯”号意外地于2000年和2007年分别经过百武彗星和麦克诺特彗星的彗尾，催生不少惊人发现。例如，百武彗星离子彗尾长度超过5亿公里，是迄今发现的最长彗尾。在飞经木星附近时，“尤利西斯”号还6次探测到了源于木星或木星周围卫星以28天为周期的尘埃爆发。在18年的飞行任务之后，2009年7月1日，ESA结束了与其通信联络。尤利西斯退出了历史舞台。
在太阳峰年发射研究太阳的卫星 1995年12月2日，美国和欧空局联合研制的太阳观测卫星(SOHO，其全称为“太阳和日球层观测台”)发射升空，开始了一次规模空前的太阳探测活动。
太阳观测卫星总长3.8米，重1850千克。它携带有太阳大气遥感仪、太阳风测量仪、太阳震动测量仪3大类11种探测仪器，在日地之间的引力平衡点日晕轨道上运行，不受引力干扰，每天24小时不间断地工作，探测太阳的内部结构、最外层和太阳风的起源与组成。“太阳观测卫星”升空不久，便捕捉到太阳喷射现象，并拍摄了最清晰的喷射照片。
卫星上的光学日冕仪观测到喷射现象持续了5小时，喷射出的物质首尾相距56万千米，喷射的物质达100亿吨，主要是氮和氦。它于1996年7月9日观测到太阳上发生的太阳耀斑，伴随有太阳内部的强烈震动，这种日震释放出巨大能量，其强度相当于地球上的11.3级大地震。
1997年8月“太阳观测卫星”又发现太阳内部有巨大的高温等离子体在其表层下流动，日面下的气流环宽约2.7万千米，其移动速度约为300千米/秒。这些气流环有的移向太阳的两极，有的则迁至太阳的赤道。太阳赤道附近的带电气流在日面下方2.4万千米深处流动，范围达6.4万平方千米，其速度为80千米/时，故约需1年时间方能从赤道附近移至两极。这些气流环的运动与这些区域边缘所出现的太阳黑子有着密不可分的关系。
1998年4月，太阳观测卫星发现，在太阳上存在巨大的太阳旋风，其宽度大致相当于地球直径，时速高达50万千米，比地球上的龙卷风移动速度高出上千倍。在头两年中，它已探测到10多股穿越太阳大气层的旋风，其中多数位于太阳南北两极附近。
SOHO卫星传回的图像
1999年初，它又发现了太阳风的源头。太阳风来自太阳表面蜂窝状磁场的边缘，并以830千米/秒的速度闯入太空。太阳磁场像拉紧的琴弦一样，当被碰撞时便产生震动，而当太阳磁场震动的频率与其周围呈螺旋状运动的带电粒子的频率相同时，带电粒子就会得到巨大的离心加速度，从而使太阳风达到惊人的速度。太阳风为太阳大气最外层日冕因高温膨胀不断向外喷射的粒子，喷射现象隔数天发生一次，速度约为400千米/秒，每2～3个月有一次奔地球而来。当太阳风掠过地球时，会使地球磁场发生改变，这有可能使地球轨道上的航天器遭到破坏，通信受到干扰，电力供应中断，并对地球环境产生巨大影响。太阳观测卫星原定探测两年，现探测期限延长到2003年，因此它必将还有新的探测成果。
在探测太阳的活动中，可喜的是还有中国元素，这便是夸父计划。“夸父计划”由3颗卫星组成，其中A星设置在距地球150万千米的日地连线上，用来全天候监测太阳活动的发生及其伴生现象。另两颗卫星B1和B2在地球极轨大椭圆轨道上飞行，用来监测太阳活动导致的地球近地空间环境的变化。2012(即所谓的世界末日年)是太阳活动剧烈频繁的时期，抓住这一机会发射，利用这一时期，夸父计划将帮助科学家深入研究日地环境，为灾害性空间环境预报提供观测数据。同时，它将揭示日地空间风暴机理，监测行星际扰动传播。届时，空间天气的预警预报水平将大幅提高，并推动中国航天深空探测技术的发展。
发射探测飞船 最近，美国NASA计划派遣一艘探测飞船飞往温度奇高的太阳日冕，对太阳进行近距离的研究。NASA计划在2015年左右将这枚太阳探测器发射升空，并期望它能解开困扰科学家多年的两大太阳谜团——日冕和太阳风的奥秘。
日冕的温度是困扰科学家多年的谜团之一，如果你将一只温度计伸到太阳表面，那么它表面的温度是大约6000℃，科学直觉认为，当温度计离太阳表面越远时，温度应该越低，但事实却正好相反。太阳外部大气层——也即日冕的温度，有些地方竟然超过了100万℃，比太阳表面温度还要高上数百倍。这一反常的现象意味着什么，科学家至今仍未找到合理的解释。
而太阳风则是困扰科学家的第二个谜团，太阳向整个太阳系喷射出炽热的带电粒子风——也就是所谓的太阳风，它的时速可以达到每小时数百万英里。然而令人惊奇的是，在靠近太阳表面的地方，却并没有任何明显的强风存在，可当太阳风抵达太阳系行星时，却变成了真正的“狂风”，是地球风速的上万倍，科学家怀疑，在太阳和行星之间可能存在一些未知因素，从而让太阳风获得了如此高的加速度。
目前“太阳探测器”仍处于早期设计阶段，该探测器最早有望于2015年发射升空，在长达6年的探测任务中，将7次借助金星之力飞进日冕进行探测任务，金星的引力可以轻微改变探测器轨道，让它一次比一次更深入地潜进太阳大气层。该探测器将有望飞到距太阳表面700万千米，或9个太阳半径的地方。在如此近的距离中，探测飞船的碳合成抗热板必须能够抵挡超过1400℃以上的剧热，并承受此前没有任何太空船曾经承受过的高辐射“风暴”。在如此近的距离下，假如有人能够坐在这艘探测飞船中，那么他眼中看到的太阳，将比从地球上看到的太阳还宽23倍。