欧空局(ESA)与美国国家航空航天局(NASA)合作的太阳和日球层观测站(SOHO)已持续观测太阳30年。在此期间,它几乎观测了太阳三个完整的、为期11年的太阳活动周期,见证了太阳活动的兴衰起伏。

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1995年12月2日,SOHO发射升空,其最初计划的任务期限仅为两年。它位于距离地球150万公里的日地拉格朗日L1点,能够不间断地观测太阳表面。自发射以来,它提供了跨越近三个完整太阳活动周期的、几乎不间断的太阳活动记录。

欧空局科学主任卡罗尔·芒德尔(Carole Mundell)教授表示:“这项任务超出了所有人的预期,这证明了我们的工程师、操作人员和科学家的智慧,也证明了国际合作的力量。SOHO克服了诸多惊心动魄的挑战,成为有史以来运行时间最长的太空任务之一。”NASA总部科学任务理事会副署长尼基·福克斯(Nicky Fox)补充说:“SOHO任务是NASA欧空局之间惊人合作的绝佳范例。祝贺NASA欧空局团队共同度过了精彩的三十年。”

尽管成就斐然,SOHO的旅程并非一帆风顺。发射约两年半后,航天器发生重大故障,导致其失控旋转并与地球通信中断。在长达三个月的时间里,一个国际团队持续工作,最终找到了航天器并使其恢复生机。另一次严重挫折发生在1998年11月至12月,当时其稳定陀螺仪失效。工程师们迅速开发出新软件,到1999年2月,SOHO已能在没有陀螺仪的情况下运行。这一突破使其得以继续收集数据,这些数据后来重塑了太阳科学领域。

SOHO“太阳轨道飞行器”(Solar Orbiter)任务的欧空局项目科学家丹尼尔·米勒(Daniel Müller)说:“SOHO开创了太阳科学的新领域。它在空间天气研究中具有变革性意义,通过对太阳进行实时监测来预报可能袭向地球的危险太阳风暴,其遗产继续指引着未来的任务。SOHO仍在每日产生高质量数据,每年有数百篇论文发表,其科学产出率仍然非常高。”丹尼尔的新论文《SOHO观测太阳的30年遗产》已于2025年12月2日发表在《自然·天文学》(Nature Astronomy)杂志上。

以下是过去五年中的五项亮点成果:

1. 单一等离子体传送带

SOHO成为日震学发展中的领先仪器,日震学研究声波如何在太阳内部传播,其原理类似于地震波揭示地球内部。任务早期,SOHO就首次捕捉到了太阳表面下方的等离子体流(带电物质)图像,让科学家得以前所未有地窥视太阳内部。由于SOHO长期保持活跃,研究人员得以解答一个长期存在的问题:等离子体在太阳的每个半球内是以单一的环流或单元循环,而非此前认为的多个单元。观测显示,等离子体完成这一完整循环大约需要22年。它从靠近赤道的区域上升向两极,然后下沉至太阳深处,再移回赤道。这一时间与太阳的磁周期相符,并有助于解释为何在每个太阳周期展开时,由强磁场突破表面产生的太阳黑子倾向于逐渐出现在更靠近赤道的地方。

2. 太阳是否稳定发光?

测量太阳释放的能量对于理解太阳加热如何影响地球大气和气候至关重要。SOHO的长期记录,结合更早的数据集,现在提供了近50年的高质量观测。科学家发现,太阳的总能量输出变化极小,在整个太阳周期中仅变化约0.06%。然而,其极紫外辐射的变化则显著得多,在太阳活动极小期和极大期之间会翻倍。这种辐射会影响地球高层大气的化学性质和温度,但它并非地球表面附近长期变暖趋势的直接原因。

3. 太阳风暴监测写入法律

SOHO在实时空间天气监测系统的发展中扮演了如此关键的角色,以至于在2020年10月被签署写入美国法律。《促进空间天气研究与观测以改进明日预报》(PROSWIFT)法案特别提到了SOHO的大角度光谱日冕仪(LASCO)仪器。LASCO是一种日冕仪,是一种用圆盘遮挡中心视场的望远镜。通过阻挡来自太阳的直接光线,该仪器可以看到来自周围大气(即日冕)的光。这使我们能够在日冕物质抛射——太阳物质和磁场的大规模爆发——从太阳出发时就看到它们,为可能具有破坏性的空间天气抵达地球提供长达三天的预警。

4. 5000颗彗星——仍在计数!

该望远镜作为彗星猎手的强大能力并非计划之中,但却成为一项意想不到的成功。得益于SOHO日冕仪的遮挡效应,“掠日彗星”——那些以极近距离接近太阳的彗星——也变得可见。并非SOHO看到的所有彗星都是掠日彗星。例如,它还精美地捕捉到了“紫金山-阿特拉斯”彗星(Comet Tsuchinshan-ATLAS,亦称2024年大彗星),这是一颗来自太阳系外围的非周期性彗星。SOHO在2024年3月发现了其第5000颗彗星,使其成为历史上最多产的彗星发现者。其中大部分是由世界各地的公民科学家通过“掠日彗星项目”(Sungrazer Project)发现的。这些观测为彗星的运动、组成和尘埃产生提供了宝贵数据。

5. 助力未来发现

SOHO的长寿命和成就影响了新型太阳观测站的设计、目标和合作方式。它还帮助确立了太阳研究中开放数据和国际合作的标准。例如,由欧空局主导的“太阳轨道飞行器”任务正从更高纬度对太阳两极成像,并且飞行距离太阳更近,其许多仪器都是SOHO仪器的后继者。同样,NASA的“太阳动力学观测站”搭载了SOHO仪器的改进版本,以延续SOHO在全日面成像和日震学等领域开创的遗产。此外,SOHO经常为“多点”测量做出贡献,当“太阳轨道飞行器”和NASA的“帕克太阳探测器”沿着各自独特的轨道绕太阳飞行时,SOHO为其提供了重要的背景信息。就在更近的时期,欧空局的“Proba-3”已升空,为观测太阳微弱的日冕开辟了新视角,而该机构即将到来的“警戒”(Vigil)任务将首次从“侧面”监测太阳,在太阳风暴进入SOHO视线之前就探测到它们。

丹尼尔总结道:“SOHO是一项全方位的辉煌成功,这要归功于让这台不可思议的机器持续飞行的团队的奉献精神。它的科学价值依然重要且具有现实意义,服务于一代又一代的科学家。我确信,它的遗产将在未来几十年继续指引太阳科学的发展。”


文章标签: #太阳观测 #空间天气 #彗星发现 #国际合作 #长期任务

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