太阳和太阳风层探测器探索成果

1995年12月2日，欧洲和美国共同研制的"太阳与日光层探测器"(SOHO)用美国的宇宙神-2AS发射升空，经过4个月的长途旅行，于1996年3月14日到达第一个拉格朗日点。在这个点上地球、太阳和月球引力相抵消，因而称"自由点"。这个点距地球约150万千米。SOHO探测器进入一条绕拉格朗日点旋转、轨道平面并与地──日轴线垂直的轨道上。这个轨道短半轴和长半轴分别是20万千米和30万千米。由于它运行的轨道远离地球磁场和辐射带，受扰动小，热环境稳定，并能长时间进行观测。SOHO探测器呈六面体结构，重量为1875千克。它的主要探测对象是太阳色球、日冕、太阳表面、太阳风和太阳内部结构。研究内容包括太阳风如何影响地球磁场并引起导航、通信中断的;太阳的色球、日冕等外层结构和特性;太阳内部结构。在一年多的探测中，SOHO探测器取得了许多重要成果，包括拍摄了大量太阳风、太阳外层、太阳耀斑爆发、太阳黑子的照片;观测到太阳表面的振动、物质抛射;研究了太阳辐射特性，星际物质的化学组成，太阳风对地磁的影响。1996年7月9日，SOHO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"太阳与日光层探测器"又发现太阳内部有巨大的高温等离子体在其表层下流动，气流环宽约2.7万千米，其移动速度约为300千米/秒。1998年4月，SOHO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/小时，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。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。

SOHO"太阳和太阳风层"探测器于在近20年的观测生涯中发现了关于太阳以及周围天体的许多重大事件。比如，2011年观测洛夫乔伊彗星、2013年观测ISON彗星，目前SOHO探测器已经观测了近3000颗彗星。由于彗星的轨道近日点非常接近太阳，SOHO探测器在凝视太阳的过程中也会对彗星进行研究，截止8月17日，SOHO探测器的观测数量为2990颗，预计第3000颗在接下来不久的时间内出现。

绝大多数的彗星观测来自业余天文学家的贡献，在SOHO探测器的数据处理过程中，有许多志愿者参与。在2013年ISON彗星的观测中，彗星从大约110万公里的近日点附近掠过，几乎所有人都认为ISON彗星可能解体时，它又出现了，业余天文学家的观测在彗星研究中发挥了很大的作用。SOHO探测器搭载了先进的日冕仪，能够拍摄到彗星接近太阳时的照片。

太阳和太阳风层探测器安装了十二台主要的科学仪器，每一个都能够独立的观察太阳或者太阳的某个局部。一些仪器上的观察能够以图片的形式保存下来，其中的大部分在互联网上能够被用来公共或者研究的用途(参见 SOHO官方网站)。其它的类似光谱和太阳风中粒子的测量结果则不能被访问到。这些图片从可见光到远紫外线的范围。

该太空船重610公斤，于L1拉格朗日点上公转。在该点，环绕太阳公转所需的离心力是经地球重力抵消后的太阳重力，而公转周期与地球相同，因此可停留在相对位置上。该天体在地球上空150万公里处运动，其所受的重力加速中，太阳比地球(5.9 mm/s²)多2%(118 µm/s²)，而该位置所需的离心加速为经抵消后重力加速的一半(59 µm/s²)，其总所受加速为177 µm/s²，与地球公转相同。

虽然有时说它处在L1点，但SOHO并非准确位于L1的位置，因为那样会使它因太阳发出的电波而造成通讯困难，并且会造成轨道不稳定。它位于这个(不断移动的)经过L1并垂直于太阳和地球连线的平面，并沿着以L1附近为中心的椭圆轨道绕行，每6个月绕L1一周。与此同时L1本身也连同地球运动，每12个月绕太阳一周。这样就使SOHO始终保持在一个与地球通讯的良好位置。

目前SOHO探测器仍然保持着良好的运作状态，探测器上的燃料能够持续使用很长一段时间。美国宇航局已经在2016年的预算中申请了220万美元作为SOHO探测器的资金使用，至少在2020年前，SOHO探测器仍然会继续服役。欧洲空间局也是SOHO探测器的合作方，科学家认为SOHO探测器是独一无二的，对天文学家而言具有非常高的价值，目前运营的成本也很低，只要SOHO探测器能够使用，我们会继续让它服役，直到它被更先进的探测器取代。

对于人类来说，太阳是既熟悉又陌生的星球。为了解答有关太阳的最深层谜团，美国航宇局准备在2018年前发射一个名为SP+的太阳探测器，让它冒险进入太阳那炙热的大气，在被太阳散发的巨大热量摧毁之前收 集地球"母星"的重要信息。

该探测器将有望飞到距太阳表面700万公里，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摄氏度以上的剧热，并承受此前没有任何太空船曾经承受过的高辐射"风暴"。

美国约翰·霍普金斯应用物理学实验室为NASA设计和建造这艘超抗热太空船:"太阳探测器+"通过太阳能驱动它依靠液冷式太阳能电池板获得持久的电力供应，当阳光变得过于强烈时，太阳能板可以收缩藏在隔热板后面探测器上还将携带一台磁力计、一台等离子波探测器、一台尘埃探测器、一些电子和离子分析仪等但最让科学家兴奋的科技之一是它上面将携带一个半球成像仪，它是一台望远镜，但却能够像医学CAT扫描仪一样拍摄出太阳日冕的三维图像，

科学家们计划:"太阳探测器+"在长达6年的探测任务中，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搜集太阳风和太阳磁的第一手资料，

自20世纪90年代中期以来，美国航宇局和欧洲空间局间的联合项目太阳和日球层探测器(SOHO)以及美国航宇局的高新化学组成探测器(ACE)和风太阳探测器(WIND)就开始不断地监测太阳风和日冕。然而，它们只能从安全距离--到地球的距离只有日地距离的1%--之外来观测太阳。为了能真正捕捉到太阳大气的复杂性，SP+不能如此的胆怯，

把一个探测器送往比先前最靠近太阳的探测器距离还要小8倍的地方听上去就像是一次自杀式的任务。而在如此近的距离上，它会一头扎入太阳日冕--太阳的外层大气，那里的温度在100万~200万摄氏度之间。这正是美国航宇局计划于2018年前发射的"太阳探测器+"(Solar Probe plus，简称SP+)所要做的，

2010年9月公布了SP+上所要进行的实验，科学家们为之兴奋不已。对于太阳物理学而言，SP+堪称是哈勃望远镜级别的任务。如果一路上能够幸存下来，SP+将有望回答一些长期以来困扰着天文学家的难题。这是人类第一次可以触摸、品味、嗅闻我们的太阳。

大小和奔驰精灵车差不多的SP+目前仍处于建造"阶段A"，还有许多工作要做。对于其设计者来说，最关键的问题是它是否能抵御如此极端的高温?

幸运的是，日冕中离子的密度非常低，尚不足地球海平面处大气分子密度的六千万亿分之一，不会对SP+造成严重的破坏类似的，同是50℃的水和空气，由于水的密度要比空气大得多因此水感觉起来也会热得多于是对于SP+来说，危险其实来自太阳自身的热辐射。

在为期6年的任务中，SP+会多次利用金星的引力助推来逐渐靠近太阳，它从太阳近处飞过的次数将达到24次那么SP+究竟会有多靠近太阳?探测任务的设计以及金星的引力使得它到太阳表面的距离不会小于8.5个太阳半径也就是说，当SP+抵达其距离太阳最近的那一点(近日点)时，它到太阳表面的距离大约是6百万千米。在这个距离上太阳会比从地球上看大23倍，当地的太阳亮度和热量则会高出500倍，

如果想在如此严酷的高温和辐射下生存，SP+显然不能"赤膊上阵"。整个探测器将被置于一块直径2.7米、厚15厘米由碳泡沫复合材料制成的防护罩之后。这一巨大的"太阳挡板"必须要能抵御超过1400℃的高温和强烈的辐射SP+上的绝大多数仪器设备都会躲在这块挡板的后面来进行探测。然而，令人无法置信的是这样一层防护罩却可以把探测器的温度维持在室温的水平上，

SP+是由美国约翰·霍普金斯大学的高新物理实验室设计建造的。由于之前从来没有发射过类似的探测器因此设计团队必须要从零开始。在设计的过程中，强照度、辐射以及尘埃的撞击都必须要考虑，而在绝大多数情况下对这些空间环境的了解却非常少，

多方面的建模、测试和创新成了设计的主旋律，而其中的核心则是平衡。SP+任务中所遇到的所有挑战都可以被各个击破，但真正的困难是要同时摆平它们。