2024-04(1)
太阳轨道飞行器开启意外任务1.引言
太阳轨道飞行器（Solar Orbiter）是ESA和NASA共同合作的卫星，于2020年2月10日发射升空，从那时起便开启了她的奔日之旅。她能带给我们的期望就是未来能首次对太阳的南北两极进行细致的成像观测。更撩动科学家心弦的是，太阳的南北两极发生的事，对太阳如何影响航天器的飞行乃至我们生存的环境，都有着重要的意义。但她的奔日旅程路途遥远，也没有一马平川，这次开启的任务即使意外，也是惊喜。
图1 Solar Orbiter facing the Sun(artist’s impression)（图片来源于ESA）
2.偶遇彗星
太阳轨道飞行器将在未来几天穿过阿特拉斯彗星的尾部。尽管太阳轨道飞行器在这个时候并没有采集科学数据的任务，但在这次独特的遭遇中，任务专家们已经在努力确保四个最相关的仪器被开启。
太阳轨道飞行器自升空起，除了由于新冠病毒大流行而短暂关闭之外，科学家和工程师对飞行器和设备一直在进行调试。这一阶段的完成日期定在6月15日，以便航天器能够在6月中旬第一次近距离飞越太阳或近日点时充分发挥作用。然而，与彗星偶遇的发现让事情变得更加紧迫。
在太空任务中，偶然地飞过彗星的尾巴是一件罕见的事情，科学家们知道，在没有专门追踪彗星的任务中，这种事情只发生过六次。所有这些遭遇都是在事件发生后的飞行器数据中发现的。太阳轨道器即将到来的彗星遭遇是第一个被提前预测的。
伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室的Geraint Jones注意到了这一点，他研究彗星遭遇已有20年的历史。他在2000年发现了第一次偶然的慧尾交叉，当时他正在研究1996年尤利西斯（ESA/NASA）太阳研究飞船记录的数据中的一种奇怪的扰动。这项研究表明，这艘飞船穿过了被称为“1996年大彗星”的百武彗星的彗尾。宣布这一消息后不久，尤利西斯穿过了另一颗彗星的尾巴，然后在2007年又穿过了第三颗。
上月初，Geraint意识到太阳轨道器将在短短几周内到达C/2019 Y4彗星(ATLAS)下游4400万公里处，他立即通知了ESA团队。
3.意外科学收获
图2 Solar Orbiter Instruments（图片来源于ESA）
太阳轨道器配备了一套10个原位和遥感仪器，以探测太阳和它释放到空间的带电粒子流太阳风。巧合的是，这四个原位仪器也非常适合探测彗星的尾巴，因为它们可以测量航天器周围的情况，因此它们可以返回有关彗星尘埃颗粒和释放的带电粒子的数据。这些排放产生了彗星的两个尾巴：尘埃尾巴，是留在彗星的轨道和离子尾巴，直接指向远离太阳。
图3 Anatomy of a comet – Infographic（图片来源于ESA）
太阳轨道飞行器于5月1日穿过彗星阿特拉斯的离子尾巴，6月6日穿过尘埃尾巴。如果离子尾巴的密度足够大，太阳轨道器磁强计(MAG)可能会探测到星际磁场的变化，因为它与彗星尾巴的离子相互作用，而太阳风分析器(SWA)可以直接捕获一些尾巴粒子。
当太阳轨道器穿过尘埃尾部时，根据它的密度很难预测，一个或多个微小的尘埃颗粒可能以每秒数十公里的速度撞击航天器。虽然这对航天器没有重大风险，但尘埃颗粒本身会在撞击时蒸发，形成微小的带电气体或等离子体云，这些气体或等离子体云可以被无线电和等离子体波(RPW)仪器探测到。
“一个意想不到的遭遇，就为飞行器提供了一个独特的机会和挑战的使命，但这是好事！这样的机会都是科学冒险的一部分！”欧空局科学主任Günther Hasinger说。
其中一个挑战是，由于还在试运行阶段，这些仪器不太可能及时准备好。现在，在设备团队和ESA团队的努力下，所有4个探测设备将收集数据，仍要确保在6月15日最后期限前的某些时刻将仪器切换回调试模式。
“有了这些警告，我们已经准备好接受阿特拉斯彗星告诉我们的一切”，欧空局太阳轨道项目科学家Daniel Müller说。
4.意外中的意外
图4 Hubble captures breakup of Comet ATLAS in April 2020（图片来源于ESA）
这将是又一次挑战彗星的行为。阿特拉斯彗星于2019年12月28日被发现。在接下来的几个月里，它变得如此明亮，以至于天文学家曾经怀疑它是否会在5月肉眼可见。
不幸的是，四月初彗星碎裂了。随之它的亮度也显著下降，让天空的观察者失去了观测的机会。5月中旬的进一步碎片化使彗星进一步缩小，使它更不可能被太阳轨道器探测到。
虽然彗星被发现的机会减少了，但据Geraint说，努力仍然是值得的。“每次与彗星相遇，我们都会对这些有趣的物体有更多的了解。如果太阳轨道飞行器探测到彗星阿特拉斯的存在，那么我们将了解更多关于彗星如何与太阳风相互作用的知识，我们还可以验证，我们对尘埃尾巴行为的预期是否与我们的模型一致。” 他解释说，“所有遇到彗星的任务都提供了拼图的碎片。”
Geraint是欧空局未来彗星拦截任务的主要研究人员，该任务包含三艘航天器，计划在2028年发射。它将对一颗尚不为人知的彗星进行更近距离的近距离飞越，这颗彗星将从发射时(甚至发射后)新发现的彗星中选出。
5.环日之旅
图5 Solar Orbiter: journey around the Sun（图片来源于ESA）
太阳轨道器目前正在金星和水星轨道之间环绕太阳，它的第一个近日点发生在6月15日，距离太阳约7700万公里。
在未来几年内，它将离太阳表面更近，在水星轨道内，距离太阳表面约4200万公里。与此同时，彗星阿特拉斯已经在那里，接近自己的近日点，预计在5月31日，距离太阳约3700万公里。“慧尾交叉是令人兴奋的，因为它将首次发生在离太阳如此近的距离，彗星核在水星轨道内。”欧空局负责太阳轨道的副项目科学家Yannis Zouganelis说。
“了解太阳系最内部区域的尘埃环境是太阳轨道飞行器的科学目标之一，像彗星阿特拉斯这样的近日彗星是太阳内部的尘埃来源，因此这项研究不仅有助于我们了解彗星，还有助于我们了解恒星的尘埃环境。” Yannis补充说。
对于太阳轨道飞行器来说，观测一个冰冷的物体而不是灼热的太阳无疑是以一种令人兴奋和意想不到的方式来开始它的科学任务，但这就是科学的本质。
“科学发现是建立在良好的计划和意外发现的基础上的。在发射后的三个月里，太阳轨道飞行器团队已经证明，它已经为这两个目标做好了准备。” Daniel说。
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