在天文世界中,太阳算是人们接触最多的一个天体了。因为生活在地球上的人类和一切生物,都离不开太阳,都有赖于它的光和热。可是,人们并不完全熟悉太阳。从远古以来,人们总想了解太阳,希望能揭开它的种种奥秘。然而,它却被一层又一层的神奇面纱笼罩着,至今还有许多个尚未解开的谜团,从而给人类留下了一个又一个美丽的传说。
1990年10月6日,美国国家航空航天局和欧洲空间局将他们联合研制的“尤里西斯”号太阳探测器发射升空。这个重达380千克的探测器(内含55千克仪器)依靠木星的引力来扭转它的飞行轨道,使它首次进入了垂直于黄道面的平面,并在距太阳2亿2千万千米上空,越过太阳的南、北极,开展了重点研究太阳磁场的三维构造、太阳的各种电磁辐射、太阳风等。
在相隔5年后的1995年11月23日,他们又从美国的卡纳维拉尔角发射场用马丁·阿特拉斯ZAS运载火箭将名为“太阳天文台”的探测器发射升空。这个重达1816千克的探测器被推进到环绕L1点(1号拉格朗日点)并垂直于黄道面的椭圆形轨道上,1号拉格朗日点大约位于地球至太阳平均距离的1%处(150万千米)。在那里,太阳的引力和地球的引力恰好互相抵消,因而“太阳天文台”探测器就被稳定地保持在指定的环绕L1点的椭圆形轨道上,从那里对直径约为139万公里的太阳进行长时间大范围的观测。
这项称为SOHO任务的探测计划,共有15个国家39个研究单位和企业参加。全部费用高达10亿美元,由美国和欧洲国家各承担一半。
这次探测的重点之一是:通过观测太阳表面的振荡情况,来进一步弄清太阳内部的动力学情况。据研究,在太阳的中心区进行着巨大的、持续的氢核聚变反应,会产生异常强烈的声波,而且太阳的巨大质量(2乘以1033克)也会在其内部产生强大的引力波,正是由于这些异常强烈的声波和强大的引力波的作用,才使太阳的内部和表面保持着永恒的运动。而且,太阳自身的运动又是以振荡形式出现的,从太阳的光球层表层(从太阳内部上层向外延伸大约480千米)可以看到其振荡情况。在光球层里,粒状气泡类似于绵延1600公里的一朵云,更大一些的超级粒状气泡类似于一个方圆为32000公里(近似于地球的直径)的岛屿,并且始终处于有节奏的运动之中。
在“太阳天文台”探测器上,装置有3台可以用来测定太阳自身振荡情况的仪器,它们的功能各异。一台称为GOLF的仪器是由法国研制的,它利用多普勒技术来记录整个太阳的振荡情况。根据所记录的数据,就能够揭示出在太阳内部深达几万公里处的动力学特性。另一台是由美国研制的太阳振荡/多普勒成像器,这台仪器能以每秒1百多万次的速度来测量太阳的运动和亮度。还有一台称为VIRGO的仪器是由瑞士研制的,它被用来观测太阳辐射之中与太阳振荡有关的节奏性变化。
这次探测的重点之二是:太阳大气层的温度为什么那么高并有奇特的变化?据研究,太阳光球层平均温度为4000~6000K左右,要比紧挨其下面的太阳各层温度低几百倍。然而,在光球层的上方,其中包括色球层(在太阳上方高达2400多公里)和日冕(延伸到空间远达几千公里),其温度却急剧超过100多万K。尤其令人惊奇的是,许多由10亿吨气体组成的日珥,每隔几小时,就会以大约2000公里每秒的速度从光球层被爆发出去。它们是怎样保持着6000K的“低温”冲过高达100多万K高温的色球层和日冕?这始终是一个令人困惑的谜。
因此,在“太阳天文台”探测器上,有5台仪器分别将焦点对准了色球层、日冕和冲过这些区域的日珥,它们将各自完成所肩负的控测任务。由德国研制的SUMER太阳紫外线望远镜,将用来测定在上色球层等离子体流的温度和密度。这台太阳紫外线望远镜能以每小时40次的速度观测小至965公里区域内的特性,并能扫描8万多公里宽的区域情况。它的观测结果对弄清色球层温度急剧上升的原因将会起着重要作用。用来确定各种日冕(太阳的外层大气)结构的温度和密度的探测仪器是由美国研制的CDS日冕特征频谱仪。对应于4个不同温度区域的高清晰度图像,将由法国研制的EIT远紫外线成像望远镜提供。日冕特征与太阳风之间的相关性,将由美国史密森天体物理天文台研制的UVCS紫外线日冕频谱仪分析出来。科学家期望:通过这些探测仪器能进一步获得更具体、更详实的研究资料。
在探测过程中,最为壮观的图像和频谱资料将由来自美国海军研究实验室研制的LASCO大角度摄谱日冕仪完成,这台仪器将拍摄日珥从极其接近太阳之外升起并向外扩展至1287~1448万公里时的壮观情景。
此外,在探测器上,还有4台仪器将在探测中配合使用:来自德国和芬兰的COSTEP、CELIAS和ERNE仪器能够直接从以太阳风形式吹过该探测器的物质中采集样品,以便能将太阳表面参数和日冕参数联系起来。吹过该探测器的太阳风特性以及在太阳上的起因,将由法国研制的SWAN仪器提示。
据美国国家航空航天局项目科学家阿瑟·波拉德披露,在“太阳天文台”探测器上,还采用了人工智能软件,使这些配置的仪器都能对特殊事件互相给予提示。整个探测器和美国航空航天局戈达德空间飞行中心的地面控制计划,都被设计成具有能对太阳上的快速变化作出迅速反应的能力。
人们期望能从此项历时2~6年的科研任务中,来进一步揭开太阳的奥秘,以便有助于人类的生存和发展。