天基太陽觀測

1、天基太陽觀測 由于地球大氣的吸收，電磁波中只有很窄的波段可以穿透地球大氣，從而可以在地面上進(jìn)行天文觀測。在其它波段，我們無法在地面觀測，必須到幾十至幾百公里的高度以上利用高空氣球、火箭和人造衛(wèi)星進(jìn)行天文觀測。 空間探測另一個優(yōu)越性在于它能夠克服地球大氣的抖動， 在角分辨率上達(dá)到儀器的衍射極限。 空間觀測還可以克服地球的晝夜變化和天氣的限制，進(jìn)行長時間的連續(xù)觀測。太陽空間探測包括: 火箭探測氣球探測衛(wèi)星探測太陽空間探測火箭探測http:/ Aerobee由固體火箭與硝酸/苯胺沖壓式發(fā)動機(jī)推進(jìn)，前后共有30余種改型問世，早期太陽觀測主要是利用150型完成的。依照型號不同，Aerobee的升限在80

2、至450公里之間。 科羅拉多大學(xué)在其上搭載的掠射光譜儀拍下了Lyman-線，并獲取了Lyman-波長的太陽影像；Friedman的小組發(fā)現(xiàn)了來自日冕和耀斑的X射線輻射，并給出了太陽的X射線流量。雖然火箭探測的主要問題是時間太短，一般僅5到15分鐘，但它在試驗(yàn)一些新的技術(shù)中發(fā)揮了重要作用，至今仍在使用，如于2012年年底發(fā)射的FOXSI(聚焦式太陽X射線成像望遠(yuǎn)鏡)就是火箭探測。氣球探測也是太陽空間探測的常用手段， 它的飛行高度雖然比火箭低，但它持續(xù)的時間可以從數(shù)小時到數(shù)周。1958年首次測到太陽耀斑硬X射線發(fā)射，就是氣球觀測的結(jié)果。氣球探測“日出”望遠(yuǎn)鏡重達(dá)6噸，懸吊在一個直徑是427英尺(1

3、30米)的巨大氦氣球上發(fā)射升空。2009年6月8日至14日， “日出”升到地球上空37公里處的高度，它在太陽紫外光譜范圍內(nèi)對太陽表面明亮的磁性結(jié)構(gòu)進(jìn)行首次研究，以前只能通過電腦模擬研究這種結(jié)構(gòu)。衛(wèi)星探測最早被設(shè)計來觀察太陽的衛(wèi)星是NASA在1959年至1968年發(fā)射的先鋒5、6、7、8、和9號。這些探測器在與地球相似的距離上環(huán)繞著太陽，并且首度做出太陽風(fēng)和太陽磁場的詳細(xì)測量。先鋒9號運(yùn)轉(zhuǎn)的時間特別長，直到1983年5月還在傳送資料。OSO軌道太陽天臺(Orbiting Solar Observatory)由貝爾航太制造，在1962至1975年共有8顆由德爾塔火箭成功發(fā)射。它們的主要任務(wù)是觀測紫

4、外線和X射線波段上的太陽黑子11年周期。其中，OSO-7在1972年首次測量到太陽耀斑射線譜線發(fā)射。太陽和太陽風(fēng)層探測器（Solar and Heliospheric Observatory，縮寫為SOHO）重610kg，于L1拉格朗日點(diǎn)上公轉(zhuǎn)。是一顆用以研究從太陽內(nèi)部深處到太陽風(fēng)的綜合探測衛(wèi)星。SOHOLASCO：Large Angle and Spectrometric Coronagraph，廣角分光日冕儀，主要包括C1、C2、C3照相設(shè)備。SOHO彗星絕大多數(shù)都是從LASCO的C2（拍攝視場3.5度，拍攝極限星等是11.5等）、C3（拍攝視場15.5度，拍攝極限星等是9.5等）相機(jī)拍攝

5、的照片中發(fā)現(xiàn)的。在我出生那年你從柯依柏帶而來在我上小學(xué)的時候你曾照亮冥王星上最冰冷的角落為這個太陽系帶來未曾有的溫暖然后，你越跑越快掠過薩圖爾努斯的鐮刀穿過維納斯的窗前在四十六億年漫長的凜冽寂靜后，你狠狠地砸向太陽化作終點(diǎn)的一片星光，彷佛此行，便是為了這光華交匯的瞬間以后愿你的靈魂在天國肆意飛舞。愿你在另一個宇宙，不再孤獨(dú)。SDOSDO，即太陽動力學(xué)天文臺。其主要科學(xué)目標(biāo)是：研究三維日冕動力學(xué)結(jié)構(gòu)、高精度向量磁場和速度場、高能粒子輻射和源區(qū)、各種波的形成及太陽輻射測量。 SDO是NASA “與星共存”（Living With a Star，LWS）計劃的一部分，LWS計劃的目的是要更加了解太陽

6、和地球的關(guān)系。 SDO衛(wèi)星本身有三項(xiàng)科學(xué)儀器：日震與磁成像儀（日震與磁成像儀（Helioseismic and Magnetic Imager，HMI），用來研究太陽變化與判斷太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)和磁場活動與結(jié)構(gòu)，可說是SOHO上的邁克生多普勒成像儀的加強(qiáng)；極紫外線變化實(shí)驗(yàn)儀（極紫外線變化實(shí)驗(yàn)儀（Extreme Ultraviolet Variability Experiment，EVE），用以深入了解太陽極紫外線輻射強(qiáng)度變化和太陽磁場變化的關(guān)聯(lián)；大氣成像組件（大氣成像組件（Atmospheric Imaging Assembly，AIA），可拍攝高時間與空間分辨率的完整太陽盤面的數(shù)個不同波長紫外線和

7、極紫外線影像。尤利西斯號 1990年10月6日，尤利西斯號由發(fā)現(xiàn)號航天飛機(jī)送入太空，其任務(wù)是探測太陽兩極及其巨大的磁場、宇宙射線、宇宙塵埃、Y射線、X射線、太陽風(fēng)等。 尤利西斯號探測器目標(biāo)之一是探測太陽的極區(qū)，其軌道與黃道面成幾乎垂直的傾角。2007年2月7日尤里西斯號探測器從太陽的南緯80度的上空飛掠過，尤里西斯號曾經(jīng)在1994-95年和2000-01年飛略太陽的極區(qū)，尤利西斯的成就有：1.有利的證明了太陽的磁極的南北極與太陽的南北極是顛倒的；2.發(fā)現(xiàn)了太陽磁極的冕洞，并且太陽風(fēng)可以從冕洞散發(fā)出來；3.它證明了太陽的磁極有大量的太陽風(fēng)粒子和宇宙射線產(chǎn)生；4.發(fā)現(xiàn)太陽南極有異常溫度。起源號 起

8、源號探測器(Genesis) 主要目的是搜集太陽風(fēng)粒子，以解開有關(guān)太陽系的起源和演化等方面的問題， 起源號探測器的主要裝備是5個六邊形的硅化玻璃盤，作為太陽風(fēng)粒子的采集板，每個10厘米大小，由高純度的藍(lán)寶石、金剛石鑲嵌而成，并有硅和金涂層。發(fā)射后能夠?qū)?zhǔn)太陽風(fēng)吹來的方向，在探測到太陽表面噴發(fā)的時候打開，以捕捉太陽風(fēng)物質(zhì)。 起源號探測器在大部分時間內(nèi)工作在離地球150萬公里的L1拉格朗日點(diǎn)附近，這里位于地球磁層之外，避免了地球磁場對太陽風(fēng)粒子的污染。 2004年9月8日，在探測器返回艙返回地球大氣層時，由于重力開關(guān)裝置的電池故障，返回艙降落傘沒能按原計劃打開，返回艙以320km/h的速度墜落在猶

9、他州的沙漠上，而且變形損壞,一半撞入地面并裂開，搜集到的太陽風(fēng)粒子受到污染。雖然大量樣品受到污染，但經(jīng)過努力，NASA科學(xué)家恢復(fù)了大量樣品，在對搜集到的樣品進(jìn)行檢查后認(rèn)為，太陽風(fēng)粒子樣品基本保存完好。2008年3月，美國航空航天局宣布起源號任務(wù)成功完成了大部分既定科學(xué)目標(biāo)。RHESSI RHESSI：即拉馬第高能太陽光譜成像探測器， 是一顆專門的太陽高能輻射探測衛(wèi)星。它首次采用高純鍺探測器， 在3keV15MeV實(shí)現(xiàn)前所未有的高能量分辨觀測，既可以獲得能譜，也可以得到像譜。 RHESSI衛(wèi)星之前，開展了一系列高純鍺探測器性能氣球試驗(yàn)。太陽神1號和2號太空船由美國和德國合作，在水星近日點(diǎn)內(nèi)側(cè)的軌

10、道上研究太陽風(fēng)。太陽神SMM SMM，即太陽極大年任務(wù)衛(wèi)星，它的科學(xué)目標(biāo)主要是研究太陽耀斑。它共攜帶7個載荷，在軌運(yùn)行差不多十年時間，覆蓋太陽活動21周和22周的上升相。 SMM攜帶的主動空腔輻射顯示器（Active Cavity Radiometer Irradiance Monitor，縮寫為ACRIM）發(fā)現(xiàn)在太陽黑子最活耀的時期，太陽的光度是增亮而非預(yù)期的變暗。因?yàn)樵谔柡谧又車a(chǎn)生的光斑增加的亮度超過黑子所抵銷掉的。陽光衛(wèi)星 陽光衛(wèi)星（Yohkoh），原名Solar-A，運(yùn)行在一條近圓形的軌道上，搭載的主要儀器有軟X射線望遠(yuǎn)鏡（SXT）、硬X射線望遠(yuǎn)鏡（HXT）、布拉格晶體攝譜儀（BC

11、S）、以及寬帶攝譜儀（WBS）。 20世紀(jì)90年代，陽光衛(wèi)星上的軟X射線望遠(yuǎn)鏡一度是世界上唯一一臺監(jiān)視太陽活動的X射線望遠(yuǎn)鏡，記錄下了一個完整的太陽活動周期內(nèi)的圖像，取得了一批重要的成果。日出衛(wèi)星 日出衛(wèi)星（Hinode），原名Solar-B。這顆衛(wèi)星的主要目的是觀測太陽磁場的精細(xì)結(jié)構(gòu)，研究太陽耀斑等劇烈的爆發(fā)活動，拍攝高質(zhì)量的太陽圖片。 衛(wèi)星上搭載的主要科學(xué)儀器有：太陽光學(xué)望遠(yuǎn)鏡（SOT）X射線望遠(yuǎn)鏡（XRT），口徑為34厘米的掠射式望遠(yuǎn)鏡，采用沃爾特型光路極紫外成像攝譜儀（EIS）/website/archives/modern_instr_g

12、razing_incidence/日地關(guān)系天文臺（Solar Terrestrial Relations Observatory，縮寫為STEREO）又譯日地關(guān)聯(lián)天文臺，于2006年發(fā)射升空，分別位于地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道前方和后方，目的是在不同的角度對太陽進(jìn)行立體觀測，拍攝太陽的三維投影。STEREOSolar Orbiter太陽軌道載具是由ESA)研制，計劃于2017年發(fā)射，主要科學(xué)目標(biāo)有：太陽風(fēng)的等離子和磁場是起源于日冕的何處和如何形成的？太陽的瞬變是如何驅(qū)動太陽圈的變化？太陽爆發(fā)產(chǎn)生的高能粒子輻射是如何充滿太陽圈？太陽發(fā)電機(jī)是如何運(yùn)作和驅(qū)動太陽和太陽圈之間的聯(lián)系連結(jié)？近50年的空間太陽探測可以分為三個主要發(fā)展階段: 第一階段是上世紀(jì)六七十年代對太陽活動和爆發(fā)進(jìn)行低分辨流量探測，這一階段的主要特點(diǎn)是把太陽作為一個點(diǎn)源來觀測， 重點(diǎn)關(guān)注對耀斑的觀 測； 上世紀(jì)八九