太阳系

美国国家航空航天局的旅行者2号宇宙飞船在进行了8年半的太阳系之旅后，已经准备好迎接另一次挑战。那是1986年1月24日，很快它就会遇到神秘的第七颗行星，冰冷的天王星。 旅行者2号在1986年1月14日接近天王星时拍摄了这张照片。该行星朦胧的蓝色是由于其大气中的甲烷吸收了红色波长的光。 来源：NASA/JPL-Caltech 在接下来的几个小时里，旅行者2号在距天王星云顶50,600英里(81,433公里)的范围内飞行，收集的数据显示出两个新光环、11个新卫星和零下353华氏度(零下214摄氏度)的温度。该数据集仍然是我们迄今为止对天王星进行的唯一近距离测量。 三十年后，科学家重新分析了这些数据，发现了另一个秘密。 整个宇宙物理学界都不知道，34年前旅行者2号飞越了一个等离子体，这是一个巨大的磁泡，可能把天王星的大气层带到了太空。这一发现发表在《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)上，这一发现提出了有关地球独一无二的磁环境的新问题。 一个诡异而不稳定的磁场 整个太阳系的行星大气都在逃逸到太空中。氢气从金星涌出，加入太阳风（太阳风是一种不断从太阳中逃逸的粒子流）。木星和土星喷射出带电的大气，甚至地球的大气层也在逃逸。(别担心，它还会再存在10亿年左右。) 从人类的时间尺度上来看，这样的影响微乎其微，但如果时间足够长，它可以从根本上改变一个星球的命运。以火星为例。 “火星曾经是一个潮湿的星球，有着厚厚的大气层。”美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的空间物理学家、火星大气与挥发性演化项目(MAVEN)科学家家吉娜·迪布拉克西奥（Gina DiBraccio）说，“随着时间的推移——在经过了漫长的40亿年的大气泄漏后——它演变成了我们今天看到的干燥的星球。” 行星磁场是大气逃逸的动力，磁场既可以帮助也可以阻止这一过程。物理学家们相信磁场可以保护行星，抵御太阳风吹散大气层。但它们也能创造逃逸的机会，当土星与木星的磁场线纠缠在一起时，两者之间的大气层就可能因此而发生大规模的大气逃逸。不管怎样，为了了解大气如何变化，科学家们密切关注磁性。 这是天王星如此神秘的另一个原因。旅行者2号1986年的飞掠揭示了这颗行星的磁场有多么奇怪。 “它的结构，它移动的方式……”迪布拉齐奥说，“天王星确实是独立存在的。” 与我们太阳系中的任何其他行星不同，天王星几乎完全是在它的一侧旋转——就像烤架上的猪一样——每17个小时完成一次旋转。它的磁场轴与自转轴之间的夹角为60度，所以当天王星自转时，它的磁层——由磁场分割的空间——像投掷不良的足球一样摇摆。科学家们仍然不知道如何建模。 显示天王星磁场的GIF动画。黄色箭头指向太阳，浅蓝色箭头指示天王星的磁轴，深蓝色箭头指示天王星的旋转轴。 来源：NASA/Scientific Visualization Studio/Tom Bridgman 这种奇怪的现象吸引了迪布拉西奥和她的合著者——同为戈达德太空物理学家的丹·格什曼(Dan Gershman)加入到这个项目中来。两人都是一个团队的成员，他们正在制定前往“冰巨星”天王星和海王星的新任务计划，并在寻找需要解决的谜团。30多年前最后一次测量到的天王星的奇怪磁场，似乎是个不错的起点。 因此，他们下载了旅行者2号的磁强计读数，该读数监测了飞船飞行时天王星附近磁场的强度和方向。他们不知道会发现什么，因此比以前的研究放大了更多，每1.92秒绘制一个新的数据点。平滑的线条被锯齿状的尖峰和低谷所取代。那就是他们看到的时候：一个有迷离故事的小锯齿。 你认为那可能是……一个等离子体吗?”格什曼瞥了眼扭曲交缠的线与点，就问迪勃拉西奥。 旅行者2号1986年飞掠天王星的磁强计数据。红线显示的是平均8分钟内的数据，这是旅行者2号之前几项研究使用的时间节奏。在黑线中，同样的数据以1.92秒的时间分辨率绘制出来，显示了等离子体的锯齿状特征。 来源：NASA/Dan Gershman 在旅行者2号飞越天王星时，人们对等离子体知之甚少，但自那以后，等离子体被认为是行星失去质量的重要途径。这些巨大的等离子气泡，或带电的气体，从行星的磁尾部被夹断，磁尾就是行星磁层中被太阳推回的部分，它们就像是无垠宇宙中的风向袋，标示着对垒双方的力量强弱。如果有足够的时间，逃逸的类等离子体可以将离子从行星的大气中吸走，从而从根本上改变其组成。他们曾在地球和其他行星上被观测到，但还没有人在天王星上发现过等离子体。 迪布拉克西奥通过她的处理程序运行了数据，结果显而易见。她说：“我认为它是明确的—气泡逃逸了。” 等离子体逃逸 在旅行者2号45小时的天王星飞行中，迪布拉克西奥和格什曼发现的等离子体只占了60秒。在磁强计的数据中，它表现为一个快速的上下波动。格什曼说:“但是，如果以3D绘制它，则它看起来就像一个圆柱体。” 他们将研究结果与在木星、土星和水星上观察到的等离子体做了比较，估计其圆柱形的长度至少为12.7万英里(20.4万公里)，直径约为25万英里(40万公里)。作者相信，像所有行星等离子体一样，它充满了带电粒子-主要是离子化的氢。 当旅行者2飞越它时，等离子体的内部读数暗示了它的起源。尽管一些等离子体均具有扭曲的内部磁场，但迪布拉克西奥和格什曼的却是平滑的闭合的磁环。这样的环状等离子体是由一颗旋转的行星将其部分大气层抛向太空而形成的。格什曼说:“离心力开始起作用，等离子体开始收缩。”根据他们的估计，在天王星的大气质量损失中，这样的等离子体可能占15%到55%，比木星和土星都要大。这可能是天王星向太空释放大气的主要方式。 随着时间的推移，等离子体逃逸是如何改变天王星的?只有一组观测结果，很难说。 “想象一下，如果有一艘宇宙飞船飞过这个房间，试图描绘整个地球的特征。”迪布拉齐奥说，“显然，它不会向你展示任何有关撒哈拉或南极洲的情况。” 但这些发现有助于聚焦有关天王星的新问题。剩下的谜是吸引人的部分原因。“这就是我热爱行星科学的原因，”迪布拉齐奥说，“你总是去你不知道的地方。” 参考： [1]https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/revisiting-decades-old-voyager-2-data-scientists-find-one-more-secret [2]https://www.nasa.gov/feature/nasa-completes-study-of-future-ice-giant-mission-concepts [3]https://voyager.jpl.nasa.gov/galleries/images-voyager-took/uranus/ [4]https://www.nasa.gov/feature/jpl/voyager-mission-celebrates-30-years-since-uranus

NASA的好奇号探测器在2019年11月24日至12月1日之间拍摄到了火星表面的最高分辨率全景照片。 来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS 完整图片及说明 NASA的好奇号火星探测器拍摄到迄今为止火星表面的最高分辨率全景照片。这张由2019年感恩节假期拍摄的1000多张图片组成，在随后的几个月里经过精心的组合，合成出了18亿像素的火星景观。探测器的桅杆照相机（或称为Mastcam）使用远摄镜头来拍摄全景；与此同时，它还通过它的中角镜头拍摄了一个低分辨率，近6.5亿像素的全景图，包括探测器的甲板和机械臂。 除了一幅近18亿像素的全景图没有展示月球车外，NASA的好奇号还拍摄了一幅含探测器本身的6.5亿像素的全景图。 来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS 完整图片及说明 两幅全景画都展示了“格伦托里登”(Glen Torridon)，它位于“好奇号”正在探索的夏普山(Mount Sharp)一侧。这些照片拍摄于11月24日至12月1日之间，当时任务团队正在感恩节期间外出。在等待团队返回并提供下一个指令的过程中，探测器静静地坐着，几乎没有什么任务要做，它有一个难得的机会，连续几天从同一个有利位置拍摄周围的环境。(仔细看：观看者可以使用特殊工具放大此全景图。) 在这四天里，“好奇号”花了超过6个半小时才拍下了这些照片。Mastcam的操作员编写了复杂的任务列表，其中包括对准探测车的桅杆，并确保图像清晰。为了保证光照的一致性，他们将成像时间限制在当地火星时间的中午至下午2点之间。 NASA好奇号项目的科学家阿什温·瓦萨瓦达带领大家参观好奇号在火星表面的景观。 来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS “当我们团队中的许多人在家里享用火鸡大餐时，好奇号却为我们带来了一场视觉盛宴。”负责好奇号漫游车任务的NASA喷气推进实验室的好奇号项目科学家阿什温·瓦萨瓦达说，“这是我们在执行任务期间第一次将操作专注于立体360度全景。” 2013年，好奇号用两款Mastcam相机拍摄了13亿像素的全景照片；它的黑白导航摄像机(Navcams)提供了探测器本身的图像。图像专家通过创建由单个图片组成的马赛克，并融合它们的边缘来创建无缝的外观，从而精心制作火星全景图。 位于圣地亚哥的马林空间科学系统公司负责建造和操作好奇号的桅杆摄像机。喷气推进实验室是加州理工学院在帕萨迪纳的一个分部，负责管理NASA在华盛顿的科学任务局的项目，并制造了导航摄像机和探测器。 NASA好奇号火星探测器18亿像素的全景图(360视角) 参考： https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasas-curiosity-mars-rover-snaps-its-highest-resolution-panorama-yet

一艘新的宇宙飞船正在飞往太阳，拍摄太阳南北两极的首批照片。 由欧洲航天局与NASA合作的太阳轨道飞行器（Solar Orbiter）将于美国东部时间2020年2月7日下午11:15从卡纳维拉尔角发射升空。该航天器将利用金星和地球的引力使自己脱离黄道平面——这一区域大致与太阳的赤道平行，所有行星都围绕该区域运行。 “在太阳轨道飞行器之前，所有的太阳成像仪器都在黄道平面内或非常接近黄道平面，”华盛顿特区海军研究实验室的空间科学家罗素·霍华德说，他是太阳轨道飞行器十种仪器之一的首席研究员。“现在，我们可以从上面俯瞰太阳了。” 太阳轨道飞行器高度倾斜轨道的一部分的动画。 来源： ESA/ATG medialab [rml_read_more] “这将是一个未知的世界。”荷兰欧洲空间研究与技术中心(European Space Research and Technology Centre)负责此次任务的欧洲航天局(ESA)项目科学家丹尼尔·穆勒说。“这是真正的探索科学。” 太阳在塑造我们周围的空间中起着核心作用。它巨大的磁场延伸到冥王星之外很远的地方，为被称为太阳风的带电太阳粒子铺设了一条高速公路。当爆发的太阳风袭击地球时，它们会引发太空风暴，干扰我们的GPS和通信卫星——在最坏的情况下，它们甚至会威胁到宇航员。 模拟太阳风暴爆发撞击地球磁场。 来源：NASA’s Goddard Space Flight Center/Scientific Visualization Studio/Community-Coordinated Modeling Center 为了应对即将到来的太阳风暴，科学家们监测太阳磁场。他们的技术以平视视角工作得最好；视角越陡，数据越嘈杂。我们从黄道平面上瞥见太阳两极，这在数据上留下了很大的空白。 “两极对于我们进行精确建模尤为重要。”NASA戈达德太空飞行中心的项目科学家霍利·吉尔伯特说。“为了预测太空天气事件，我们需要一个相当精确的太阳全局磁场模型。” 太阳的两极可能也解释了已有数百年历史的观测结果。1843年，德国天文学家塞缪尔·海因里希·施瓦贝发现，太阳黑子的数量——太阳表面标记着强磁场的黑色斑点——以一种重复的模式盈亏。今天，我们知道它是一个大约11年的太阳周期，在这个周期中，太阳在太阳活动高峰期(太阳黑子激增，太阳活动活跃，活动剧烈)和太阳活动最低值(太阳黑子活动减少且较为平静时)之间转换。吉尔伯特说：“但是我们不明白为什么是11年，或者为什么有些太阳最大值比其他最大值更大。”观测两极磁场的变化可以提供答案。 此前唯一飞越太阳两极的航天器也是欧洲航天局和美国宇航局的联合项目。尤利西斯号宇宙飞船于1990年发射，在2009年退役前环绕我们的恒星飞行了三圈。但是尤利西斯号从未比地球距离太阳更近，它只携带了被称为“原位仪器”的东西——像触觉一样，它们可以立即测量宇宙飞船周围的太空环境。另一方面，太阳轨道飞行器将携带4个原位仪器和6个遥感成像仪从水星轨道内经过。负责此次任务的NASA副项目科学家特蕾莎·尼维斯-钦奇利亚说:“我们将能够绘制出我们用原位仪器‘接触’的东西和我们用遥感‘看到’的东西的地图。” ESA/NASA太阳轨道飞行器任务概述。 资料来源：NASA’s Goddard Space Flight Center/Joy Ng 在飞行任务的七年寿命中，太阳轨道飞行器将达到太阳赤道上方24度的倾角，并通过延长三年的飞行任务使其增加到33度。在最接近太阳的时候，飞船将在离太阳2600万英里的范围内通过。 为了抵御高温，太阳轨道飞行器有一个定制设计的带有磷酸钙涂层的钛隔热板，它可以承受超过900华氏度的温度——是地球轨道上航天器所面临的太阳能加热的13倍。五种遥感仪器通过隔热罩中的窥视孔观测太阳；剩下的一个在隔热罩侧面观测太阳风。 继2018年8月发射帕克太阳探测器之后，太阳轨道飞行器将是美国宇航局近年来对太阳系内部的第二个主要任务。帕克已经完成了四次近距离的太阳通行，将以最接近的方式在距离太阳四百万英里的范围内飞行。 这两个航天器将协同工作：当帕克近距离采样太阳粒子时，太阳轨道飞行器将从更远的地方捕获图像，将观测结果进行关联。这两个航天器有时也会对齐以在不同时间测量相同的持长线或太阳风流。 尼维斯-钦奇利亚说:“我们从帕克那里学到了很多东西，把太阳能轨道飞行器加入其中只会带来更多的知识。” 太阳轨道飞行器是欧洲航天局和美国宇航局之间的国际合作任务。欧洲航天局在荷兰的欧洲空间研究和技术中心(ESTEC)负责发展工作。位于德国的欧洲空间操作中心(ESOC)将在发射后运行太阳能轨道飞行器。太阳能轨道飞行器由空客防务与航天公司建造，包含10个仪器:其中9个由欧空局成员国和欧空局提供。NASA提供了一个仪器套件SoloHI，并为其他三个仪器提供了探测器和硬件。 参考： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/new-mission-will-take-first-peek-at-sun-s-poles