“太阳轨道飞行器首次拍摄到太阳两极图像”

得益于其新倾斜的绕日轨道，由欧洲航天局主导的“太阳轨道器”航天器成为首个从黄道面以外拍摄太阳两极图像的航天器。“太阳轨道器”独特的视角将改变我们对太阳磁场、太阳周期以及空间天气作用机制的理解。此前人们看到的所有太阳图像均拍摄于太阳赤道附近。这是因为地球、其他行星以及所有其他运行中的航天器都在一个围绕太阳的扁平圆盘——黄道面内绕日运行。通过将轨道倾斜出该平面，“太阳轨道器”从全新角度展示太阳。
上述视频对比了2025年3月23日“太阳轨道器”（黄色视角）与地球（灰色视角）对太阳的观测。当时，“太阳轨道器”从太阳赤道以南17°的角度观测太阳，足以直接看到太阳南极。在未来几年，该航天器将进一步倾斜轨道，因此最佳观测视角尚未到来。欧洲航天局科学主任卡罗尔·蒙代尔教授表示：“今天我们展示了人类有史以来首次对太阳两极的观测。太阳是距离我们最近的恒星，是生命的赋予者，也可能对现代空间和地面电力系统造成干扰，因此我们必须了解其运行机制并学会预测其行为。‘太阳轨道器’任务带来的这些独特新视角开启了太阳科学的新时代。”
上述拼贴画展示了2025年3月16 – 17日记录的太阳南极，当时“太阳轨道器”从太阳赤道以南15°的角度观测太阳。这是该任务的首次高角度观测活动，几天后达到当前17°的最大观测角度。上述图像由“太阳轨道器”的三个科学仪器拍摄：偏振与日震成像仪（PHI）、极紫外成像仪（EUI）以及日冕环境光谱成像仪（SPICE）。点击图像可放大并查看数据的视频版本。
德国马克斯·普朗克太阳系研究所（MPS）领导PHI仪器团队的萨米·索兰基教授称：“对于这些首次观测，我们并不确切知道会有什么发现——太阳两极实际上是未知领域。”这些仪器各自以不同方式观测太阳。PHI以可见光拍摄太阳（左上方）并绘制太阳表面磁场图（左中）。EUI以紫外线拍摄太阳（右上方），揭示太阳外层大气——日冕中百万度的带电气体。SPICE仪器（底部一行）捕捉来自太阳表面上方不同温度带电气体的光，从而揭示太阳大气的不同层次。
通过对比和分析这三个成像仪器的互补观测结果，我们可以了解物质在太阳外层的运动方式。这可能揭示出意想不到的模式，例如类似于在金星和土星两极周围看到的极地涡旋（旋转气体）。这些开创性的新观测对于理解太阳磁场以及为何其大约每11年翻转一次（与太阳活动高峰同时发生）也至关重要。目前关于11年太阳周期的模型和预测尚无法准确预测太阳何时以及以多强的强度达到其最活跃状态。
“太阳轨道器”极地观测的首批科学发现之一是，在南极，太阳磁场目前处于混乱状态。正常磁体有明确的南北极，但PHI仪器的磁场测量显示，太阳南极同时存在南北极性磁场。这种情况仅在每个太阳周期的短时间内出现，即在太阳活动极大期，此时太阳磁场翻转且最为活跃。磁场翻转后，单一极性应会在太阳两极逐渐建立并占据主导。从现在起5 – 6年后，太阳将进入下一个太阳活动极小期，在此期间其磁场最为有序，太阳活动水平最低。
萨米指出：“这种建立过程究竟如何发生仍未完全理解，因此‘太阳轨道器’恰好在正确的时间到达高纬度地区，从其独特且有利的视角跟踪整个过程。”PHI对太阳整体磁场的观测将这些测量置于背景之中。颜色（红/蓝）越深，从“太阳轨道器”到太阳视线方向的磁场越强。最强的磁场位于太阳赤道两侧的两个带中。深红色和深蓝色区域突出显示活动区域，那里磁场集中在太阳表面（光球层）的太阳黑子中。同时，太阳的南北极都布满了红色和蓝色斑块。这表明在小尺度上，太阳磁场具有复杂且不断变化的结构。
“太阳轨道器”的另一个有趣“首次”来自SPICE仪器。作为成像光谱仪，SPICE测量特定化学元素（包括氢、碳、氧、氖和镁）在已知温度下发出的光（谱线）。在过去五年中，SPICE利用这一点揭示了太阳表面上方不同层发生的情况。现在，SPICE团队首次成功使用对谱线的精确跟踪来测量太阳物质团块的移动速度。这被称为“多普勒测量”，以相同效应命名，即路过的救护车警笛声在驶过时会改变音调。
由此产生的速度图揭示了太阳物质在太阳特定层内的运动方式。如下，你可以直接比较在一个称为“过渡区”的薄层中粒子（碳离子）的位置和运动，在该区域太阳温度从10000°C迅速升高到数十万度。左侧图像显示强度图，揭示碳离子团块的位置。右侧图像显示速度图，其中蓝色和红色分别表示碳离子向“太阳轨道器”航天器靠近和远离的速度。更深的蓝色和红色斑块与因小羽流或喷流而流动更快的物质有关。至关重要的是，多普勒测量可以揭示粒子如何以太阳风的形式从太阳抛出。揭示太阳如何产生太阳风是“太阳轨道器”的关键科学目标之一。
巴黎 – 萨克雷大学（法国）的SPICE团队负责人弗雷德里克·奥谢尔表示：“当前和过去的太空任务对从太阳出发的太阳风的多普勒测量受到对太阳两极掠射视角的阻碍。现在‘太阳轨道器’能够从高纬度进行测量，这将是太阳物理学的一场革命。”这些只是“太阳轨道器”从其新倾斜轨道进行的首次观测，这第一批数据的大部分仍有待进一步分析。“太阳轨道器”首次完整“两极到两极”飞越太阳的完整数据集预计将于2025年10月抵达地球。在未来几年，“太阳轨道器”的所有十个科学仪器将收集前所未有的数据。
欧洲航天局“太阳轨道器”项目科学家丹尼尔·米勒指出：“这只是‘太阳轨道器’‘通往天堂的阶梯’的第一步：在未来几年，航天器将进一步攀升出黄道面，以获得对太阳极地地区更好的观测视角。这些数据将改变我们对太阳磁场、太阳风和太阳活动的理解。”“太阳轨道器”是有史以来研究这颗赋予生命的恒星的最复杂科学实验室，它比以往任何航天器都更接近太阳拍摄图像，并且是首个观测其极地地区的航天器。
2025年2月，“太阳轨道器”通过将轨道倾斜至与太阳赤道成17°的角度，正式开始其绕日旅程的“高纬度”部分。相比之下，行星和所有其他观测太阳的航天器都在黄道面内运行，与太阳赤道的倾角最大为7°。唯一的例外是欧洲航天局/美国国家航空航天局的“尤利西斯”任务（1990 – 2009年），它飞越了太阳两极，但未携带任何成像仪器。“太阳轨道器”的观测将补充“尤利西斯”的观测，首次使用望远镜观测两极，此外还配备全套原位传感器，同时更靠近太阳飞行。此外，“太阳轨道器”将监测整个太阳周期内两极的变化。
“太阳轨道器”将以这个倾斜角度继续绕日运行，直至2026年12月24日，届时其下一次飞越金星将使其轨道倾斜至24°。从2029年6月10日起，该航天器将以33°的角度绕日运行。（“太阳轨道器”绕日旅程概述）“太阳轨道器”是欧洲航天局和美国国家航空航天局国际合作的空间任务，由欧洲航天局运营。“太阳轨道器”的偏振与日震成像仪（PHI）仪器由德国马克斯·普朗克太阳系研究所（MPS）领导。极紫外成像仪（EUI）仪器由比利时皇家天文台（ROB）领导。日冕环境光谱成像仪（SPICE）仪器是欧洲主导的设施仪器，由法国巴黎空间天体物理研究所（IAS）领导。