No sabemos lo suficiente sobre el Sol.
El 24 de abril de 2020 es el 30.º aniversario del lanzamiento del Telescopio Espacial Hubble. Los astrónomos y entusiastas de la astronomía de todo el mundo están celebrando este día histórico. Durante los últimos 30 años, el Telescopio Espacial Hubble ha logrado resultados fructíferos y ha cambiado por completo nuestra comprensión del universo.
Sin embargo, si bien algunos detectores, como el Telescopio Espacial Hubble, pueden observar las profundidades del universo, en realidad hace tiempo que carecemos de una comprensión adecuada del sol. Como estrella madre del sistema solar, el sol tiene un significado insustituible para los seres humanos, otras formas de vida en la Tierra y todo el sistema solar. Por lo tanto, estudiar la formación, evolución e impacto del Sol en la Tierra es una de las tareas importantes de los astrofísicos. . Sin embargo, con el lanzamiento de dos sondas solares en 2018 y 2020, se espera que podamos comprender este cuerpo celeste más importante para la humanidad a un nivel sin precedentes.
El 10 de febrero, hora de Beijing, la Fuerza Aérea lanzó desde Cabo Cañaveral el Solar Orbiter, liderado por la Agencia Espacial Europea (ESA) y en cooperación con la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA). Florida, Estados Unidos. La base se lanza al espacio. Si la misión va bien, Solar Orbiter será la primera sonda en tomar fotografías de los polos sur y norte del sol, lo que ayudará a los investigadores a obtener una comprensión más completa del sol.
El Solar Orbiter forma parte del programa científico denominado “Cosmic Vision 2015-2025” que está implementando la ESA. La idea de lanzar un detector de este tipo surgió por primera vez en 1982. En 2000, la ESA acordó lanzar el proyecto y fue reconfirmado en 2003. La ESA firmó un contrato con el fabricante en 2012. Fueron necesarios 6 años para fabricar el detector y más de 1 año de pruebas. Inicialmente la ESA tenía previsto lanzar la sonda en 2017, pero tras varios retrasos finalmente decidió lanzarla en 2020.
El Solar Orbiter pesa 1.800 kilogramos y tiene una envergadura de 18 metros. Lleva más de 65.438 instrumentos científicos, incluidos magnetómetros, detectores de partículas de alta energía y el generador de imágenes helioesférico solar. Con estos dispositivos, el detector puede lograr dos modos de investigación: uno es medir el entorno espacial cerca del detector, incluidos campos eléctricos, campos magnéticos y partículas, el otro es tomar fotografías del sol desde la distancia, incluida la atmósfera del sol; e inyección de materiales. Cuando la sonda esté más cerca del sol, estará a sólo unos 42 millones de kilómetros de distancia del sol y estará en la órbita de Mercurio. El panel especial de aislamiento térmico puede resistir la prueba de alta temperatura de 500 ℃, y la avanzada tecnología de aislamiento térmico protegerá el equipo científico que lleva el detector.
Una vez que el detector se haya lanzado con éxito, el equipo del proyecto primero lo depurará durante unos tres meses para verificar si el equipo científico que lleva el detector puede funcionar normalmente. Después de eso, la sonda tardará casi dos años en entrar en una órbita de trabajo alrededor del Sol. Esta órbita especial es clave para la capacidad de la sonda de tomar fotografías del polo norte y sur del Sol.
La distancia media entre el Sol y la Tierra es de unos 150 millones de kilómetros (1 UA), que es mucho menor que la distancia entre la Tierra y Plutón. Sin embargo, enviar una sonda al Sol no es más fácil que enviar una sonda a Plutón. La Tierra ha estado girando alrededor del Sol a gran velocidad y los detectores lanzados desde la Tierra necesitan reducir la velocidad y bajar sus órbitas para acercarse al Sol. Este proceso de desaceleración no puede ser completado por el propio motor del detector. Por lo tanto, cuando se acerca al sol, la sonda no vuela directamente hacia el sol, sino que primero necesita utilizar el efecto tirachinas gravitacional del planeta para desacelerar tres veces. Estos tres tiempos son la desaceleración del efecto tirachinas gravitacional de Venus en febrero de 2020 y agosto de 2021, y la desaceleración del efecto tirachinas gravitacional de la Tierra en octubre de 2021 de 165438.
Después de desacelerar debido al efecto resortera de la gravedad terrestre, la sonda sobrevolará el Sol por primera vez en 2022, a una distancia de aproximadamente 1/3 de la distancia entre el Sol y la Tierra. En el transcurso de la misión posterior, la sonda utilizará el efecto tirachinas gravitacional de Venus para acercarse al Sol seis veces, expulsándose del plano de la eclíptica del sistema solar y entrando en una órbita altamente elíptica alrededor del Sol.
En el sistema solar, las órbitas de los planetas alrededor del sol se encuentran básicamente en un plano, que forma sólo un pequeño ángulo con respecto al plano ecuatorial del propio sol. Por lo tanto, cuando se observa el Sol desde telescopios o satélites en la Tierra, se sabe más sobre la región ecuatorial del Sol, mientras que las observaciones de los polos norte y sur del Sol son muy limitadas. La ESA y la NASA lanzaron conjuntamente la sonda solar Ulysses en junio de 19900, que continuó funcionando hasta junio de 2009.
La sonda Ulysses midió una vez el área del espacio cerca de los polos del sol en una órbita inclinada, pero estaba demasiado lejos del sol y no llevaba una cámara, por lo que no pudo fotografiar los polos del sol.
Después de entrar en una órbita altamente elíptica con la ayuda del efecto tirachinas gravitacional, el Solar Orbiter puede alcanzar una posición con un ángulo de inclinación superior a 17° con respecto al plano ecuatorial del Sol dentro del período de misión planificado de cinco años. . Durante el período de la misión, que puede ampliarse según las necesidades de la misión, el ángulo de inclinación máximo puede alcanzar los 33°. De esta forma, la sonda podrá observar y fotografiar los polos norte y sur del Sol. Al mismo tiempo, la velocidad máxima del Solar Orbiter puede casi alcanzar la velocidad de rotación del sol, por lo que el detector puede flotar en algunos lugares de la superficie del sol mientras gira, y luego estudiar cómo funciona una determinada característica del sol. evoluciona con el tiempo.
Los investigadores saben desde hace tiempo que el ciclo de actividad solar dura unos 11 años, pero los modelos que describen este ciclo nunca han podido igualar las observaciones. Una razón importante es la falta de datos sobre los polos del Sol. La información obtenida por Solar Orbiter será una pieza clave del rompecabezas para perfeccionar los modelos del campo magnético del Sol, permitiendo a los investigadores comprender las fuerzas que impulsan la actividad solar.
Los investigadores pueden estudiar el funcionamiento interno del sol, observar las partículas de alta energía emitidas por el sol y rastrear el movimiento de estas partículas a través del sistema solar en forma de viento solar para comprender y predecir mejor. clima espacial. Las tormentas solares afectarán a las redes eléctricas, el transporte aéreo y las comunicaciones, y amenazarán la seguridad de los astronautas que caminan en el espacio. El Evento Carrington de 1859 es considerado la tormenta solar más fuerte de la historia. Desde entonces, las tormentas solares que han afectado gravemente la vida humana se han vuelto comunes. Si podemos hacer pronósticos meteorológicos espaciales oportunos y precisos, podemos apagar los equipos de comunicación con anticipación, planificar vuelos de manera razonable, detener las operaciones de los astronautas fuera de los vehículos y minimizar el impacto de las tormentas solares sobre nosotros.
A este respecto, el Director Científico de la ESA, Günther Hasinger, dijo en el sitio web oficial de la ESA: "Los seres humanos siempre han estado familiarizados con la importancia del sol para la vida en la Tierra, observándolo y estudiándolo cuidadosamente cómo Pero al mismo tiempo, también sabemos que las poderosas tormentas solares pueden perturbar nuestra vida diaria. Al final de la misión Solar Orbiter, comprenderemos mejor las fuerzas detrás de los cambios en el comportamiento del sol y su impacto. en nuestro planeta "El impacto de esto."
Thomas Zurbuchen, subdirector de ciencia de la NASA, también dijo en el sitio web oficial de la NASA: "Solar Orbiter lo estudiará junto con otras misiones recientes de la NASA. Sol, nosotros. Obtendremos nuevos conocimientos sin precedentes sobre esta estrella. Junto con nuestros socios europeos, entraremos en una nueva era de la investigación de la física solar."
Mapa de lanzamiento del Solar Orbiter. (ESA/Mapa)
El lanzamiento del Solar Orbiter es un microcosmos del auge de la investigación solar en los últimos años y es también el último intento de los humanos de explorar el sol. Además del lanzamiento conjunto de la sonda Ulysses, la ESA y la NASA también lanzaron conjuntamente el Observatorio Solar y Heliosférico en junio 65438 + junio 0995 + febrero 65438. Se planeó que la sonda funcionara durante 2 años cuando se lanzó, pero hasta ahora ha estado funcionando durante más de 24 años y su misión puede extenderse hasta 2022.
Una parte clave de la reciente misión solar de la NASA mencionada por Thomas Zobuchen es la sonda solar Parker. El 2 de agosto de 2018, hora de Beijing, se lanzó la sonda solar Parker y voló hacia el sol. La misión de esta sonda es estudiar la corona y el viento solar para profundizar nuestra comprensión de la física solar. El detector lleva el nombre del astrofísico estadounidense Eugene Parker, de 92 años, quien propuso por primera vez la teoría del viento solar hace 1958 años.
Si la misión sale según lo planeado, la sonda solar Parker creará muchas novedades. Por ejemplo, será la sonda más cercana al Sol hasta la fecha. Durante la misión, la sonda estuvo a sólo 6 millones de kilómetros del Sol, lo que es casi 1/7 de la sonda más cercana al Sol, Helios B. Dado que la corona se extiende a más de 654,38 millones de kilómetros desde la superficie del sol, Parker también será el primer detector en ingresar a la corona para realizar observaciones.
Parker puede volar cerca del sol 24 veces durante la misión, lo que le da a la sonda tiempo suficiente para recopilar datos. Durante sus tres últimos acercamientos al sol, Parker alcanzará una velocidad máxima de 200 kilómetros por segundo, lo que lo convierte en el detector más rápido jamás construido.
En más de un año desde su lanzamiento, Parker Solar Probe nos ha traído muchas sorpresas. En la madrugada del 5 de febrero de 2019, hora de Beijing, la NASA publicó a los medios el primer lote de resultados de investigación obtenidos por investigadores basados en los primeros tres sobrevuelos de la sonda solar Parker. También se publicaron cuatro artículos de investigación en la revista Nature. el mismo día. El 3 de febrero de 2020, el Astrophysical Journal publicó un suplemento con el tema de Parker, publicando 47 artículos basados en los datos de observación de la sonda solar Parker. Estos artículos también se basan en los primeros tres vuelos de Parker, algunos son suplementos de artículos publicados en Nature y otros son investigaciones recientemente completadas. Los artículos fueron precedidos por una introducción de Marcia Neugebauer, la física espacial estadounidense que detectó por primera vez el viento solar propuesto por Parker.
En estos cuatro artículos publicados en la revista Nature a finales de 2019, los investigadores informaron de hallazgos preliminares. Descubrieron que, aunque el espacio está lleno de polvo, puede haber regiones libres de polvo en el espacio cerca del Sol porque el polvo se calienta y se convierte en gas. Los datos muestran que el polvo disminuye gradualmente desde unos 110.000 kilómetros de distancia del Sol hasta unos 6 millones de kilómetros de distancia. La verdadera zona libre de polvo puede estar a entre 3 y 4 millones de kilómetros de distancia del Sol, y se espera que la sonda solar Parker la alcance en 2020.
El viento solar observado por los investigadores cerca de la Tierra es un flujo de plasma relativamente uniforme. Sin embargo, cuando el viento solar llega a la Tierra, ha recorrido 65.438+500 millones de kilómetros, por lo que se ha borrado mucha información que podría ayudar a los investigadores a comprender los mecanismos del calentamiento solar y la aceleración del viento solar. La sonda solar de Parker observó algo completamente diferente en el viento solar cerca del sol. El campo magnético en el plasma cambia rápidamente, junto con chorros repentinos de material que se mueve rápidamente, lo que hace que el viento solar sea más inestable que cerca de la Tierra. Estos detalles son clave para ayudar a los investigadores a comprender cómo el viento solar distribuye la energía por todo el sistema solar.
Un fenómeno particular que llamó la atención del equipo de investigación fue un cambio inesperado en las líneas del campo magnético del sol, que giran 180 grados en segundos a minutos. En un artículo publicado en la revista Nature, los investigadores llevaron a cabo una discusión preliminar y en un artículo complementado por el Astrophysical Journal realizaron un análisis más detallado, pero actualmente no pueden explicar el fenómeno. Además de los 4 y 47 artículos publicados sucesivamente, se publicarán uno tras otro más estudios basados en los datos obtenidos de los tres primeros sobrevuelos.
Preparativos para el lanzamiento de la Sonda Solar Orbiter.
La ESA y la NASA han establecido una estrecha cooperación en el campo de la investigación de la energía solar. Cada uno de ellos lidera una sonda que, junto con otras sondas en órbita y equipos de observación terrestres, puede pintar una imagen más completa de la física solar. Solar Orbiter y Parker Solar Probe tienen características diferentes. Parker Solar Probe está más cerca del sol que Solar Orbiter para estudiar mejor el origen del viento solar, pero Parker no lleva una cámara para fotografiar el sol directamente. El equipo que lleva el Solar Orbiter no sólo puede medir el sol a distancia, sino también observar el entorno espacial alrededor de la sonda, lo que puede proporcionar más información para interpretar los datos de observación de la sonda solar Parker. Las cámaras montadas en Solar Orbiter pueden tomar fotografías de la posición de Parker Solar Probe, de modo que mientras Parker mide el plasma, Solar Orbiter toma fotografías de detrás. A partir de los datos complementarios de los dos detectores, los investigadores pueden descubrir más contenido científico, consiguiendo el efecto de que uno más uno sea mayor que dos.
Holly Gilbert, científica del proyecto Solar Orbiter de la NASA, dijo: "Solar Orbiter y Parker Solar Probe desentrañarán los mayores misterios del Sol y su atmósfera durante este extraordinario viaje. "La poderosa combinación de estas dos misiones y sus sorprendentes avances tecnológicos llevarán nuestra comprensión del sol al siguiente nivel".
Al estudiar el sol en detalle, los investigadores pueden responder muchas preguntas no solo sobre el sol en sí, sino que también pueden evaluar mejor el impacto de la actividad solar en la vida humana y futuras misiones de exploración espacial, y esperamos profundizar nuestra comprensión de los mecanismos de evolución estelar. Al mismo tiempo, con miles de planetas extraterrestres ya descubiertos, estos estudios también ayudarán a los científicos a especular si hay vida en planetas extraterrestres que orbitan alrededor de estrellas similares al Sol. No hay duda de que la investigación en física solar está entrando en una época dorada.
Ju Qiang, redactor de Southern Weekend