十七年后，美国宇航局的STEREO

在冰雪中的玫瑰

美国宇航局的STEREO-A宇宙飞船将于2023年8月12日穿越日地分界线。穿越发生在金星穿过太阳和地球之间的前一天，尽管从地球的角度看，这颗行星将出现在太阳下方10度，在STEREO-A的视野之外。鸣谢:美国宇航局戈达德太空飞行中心/科学可视化工作室/汤姆·布里奇曼

据美国宇航局：2023年8月12日，美国宇航局的STEREO-A航天器将从太阳和地球之间穿过，标志着这项近17年的任务首次飞越地球。回家的访问为航天器带来了一个特殊的机会，与美国宇航局在地球附近的任务合作，并揭示对我们最近的恒星的新见解。

孪生STEREO(日地关系天文台)宇宙飞船于2006年10月25日从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空。STEREO-A(代表“前方”)在地球上领先，STEREO-B(代表“后方”)落后，两者都绘制了类似地球的绕太阳轨道。

在发射后的第一年，双航天器任务实现了其里程碑式的目标:提供第一个立体，或多视角，我们最近的恒星的视图。2011年2月6日，这项任务达到了另一个里程碑:STEREO-A和-B在其轨道上达到了180度分离。人类第一次将我们的太阳视为一个完整的球体。

“在此之前，我们被‘束缚’在日地连线上——我们一次只能看到太阳的一面，”华盛顿特区美国宇航局总部立体项目科学家Lika Guhathakurta说，“STEREO打破了那条束缚，让我们看到了太阳的三维物体。”



这张合成照片显示的是2011年1月31日出现的太阳，由美国宇航局的立体航天器和美国宇航局的太阳动力学天文台同时拍摄。这三个不同的观点让科学家们几乎可以一次捕捉到整个太阳，数据只有很小的差距。鸣谢:美国国家航空航天局/戈达德航天中心/立体声

多年来，这项任务完成了许多其他科学壮举，研究人员研究了这两个航天器视图，直到2014年，在计划重置后，任务控制中心与STEREO-B失去了联系。然而，STEREO-A继续它的旅程，捕捉从地球上得不到的太阳景象。

2023年8月12日，STEREO-A在地球上的领先优势已经增长到一整圈，因为航天器在我们围绕太阳的轨道上“绕”我们一圈。在STEREO-A飞越前后的几个星期里，科学家们抓住机会提出通常超出任务范围的问题。

太阳的3D视图

在飞越地球期间，STEREO-A将再次做一些它早年与它的孪生兄弟一起做的事情:组合视图以实现立体视觉。

立体视觉允许我们从二维或平面图像中提取3D信息。这就是两个眼球，从不同的位置向外看世界，产生深度感知的方式。你的大脑比较来自每只眼睛的图像，这些图像之间的细微差异揭示了哪些物体更近或更远。



立体视觉是3D电影背后的东西，因为两个稍微偏移的图像重叠在一起，红蓝3D眼镜确保每只眼睛只能看到一个图像。戴着这种眼镜的读者将会看到这幅太阳图，它是由STEREO-A和美国宇航局太阳动力学天文台(SDO)在2023年7月6日拍摄的太阳照片组合而成的。鸣谢:美国宇航局戈达德太空飞行中心/科学可视化工作室/汤姆·布里奇曼

STEREO-A将通过合成其与美国宇航局和欧洲航天局的太阳和日光层天文台(SOHO)以及美国宇航局的太阳动力学天文台(SDO)的视图来实现这种3D观看。更好的是，STEREO-A与地球的距离在整个飞越过程中会发生变化，从而针对不同时间不同大小的太阳特征优化其立体视觉。这就好像科学家正在调整一个几百万英里宽的望远镜的焦距。

立体声科学家正在利用这个机会进行急需的测量。他们正在识别活跃区域，即太阳黑子下面磁性复杂的区域，希望揭示通常在2D图像中丢失的关于其结构的三维信息。他们还将测试一个新理论，即日冕环——经常在太阳特写图像中看到的巨大拱门——并不像它们看起来那样。

“最近有一种观点认为日冕环可能只是视错觉，”马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心立体项目科学家特里·库切拉说。一些科学家认为，我们有限的视角使它们看起来具有它们可能并不真正具有的形状。“如果你从多个角度来看它们，这应该会变得更加明显，”Kucera补充道。

太阳爆发的内部

不仅仅是STEREO-A飞过地球时会看到什么，还有它会“感觉到什么”，这可能会导致重大发现。

当一股被称为日冕物质抛射(CME)的太阳物质到达地球时，它会干扰卫星和无线电信号，甚至导致我们的电网出现电涌。或者，它可能几乎没有任何影响。这完全取决于嵌入其中的磁场，在太阳和地球之间的9300万英里内，磁场会发生巨大变化。



这张日冕仪图像显示了一个逃离太阳的日冕物质抛射，它被遮挡在图像中心的黑色圆圈后面。STEREO-A在2023年7月17日拍摄了这张指向地球的CME喷发照片。COR2仪器在STEREO-A上以日冕仪有史以来最高的节奏(2.5分钟)捕捉到了日冕物质抛射。鸣谢:美国国家航空航天局/STEREO-A/SECCHI

为了了解CME的磁场如何在到达地球的途中演变，科学家们建立了这些太阳爆发的计算机模型，并在每次新的航天器观测中更新它们。但是单个航天器的数据只能告诉我们这么多。

“这就像盲人和大象的寓言——感觉到腿的人说‘它像树干’，感觉到尾巴的人说‘它像蛇’，”新罕布什尔大学教授、STEREO-A仪器的首席研究员托尼·加尔文说。“这就是我们目前面临的日冕物质抛射问题，因为我们通常只有一两个航天器并排测量它。”

在STEREO-A飞越地球之前和之后的几个月里，任何指向地球的CME都将经过STEREO-A和其他近地航天器，为科学家提供急需的来自CME内部的多点测量。

一个完全不同的太阳

STEREO-A也在2006年发射后不久接近地球。那是在“太阳活动极小期”，即太阳大约11年的高低活动周期的低点。



来自美国宇航局太阳动力学天文台的图像显示了2019年10月太阳活动最小期(左)和2014年4月最后一次太阳活动最大期(右)的太阳。黑暗的冕洞在太阳活动极小期覆盖着太阳，而明亮的活动区域——表明太阳活动更多——在太阳活动极大期覆盖着太阳。鸣谢:美国宇航局太阳动力学天文台/Joy Ng

“太阳在那个点上是如此安静！我回头看了看数据，然后说‘哦，是的，我认识那个活跃区域’——确实有一个，我们研究了它，”库塞拉笑着说。“好吧，还没那么糟——但也很接近了。”

现在，随着我们接近2025年预测的太阳活动高峰期，太阳不再那么困倦了。

“在太阳周期的这个阶段，STEREO-A将经历一个完全不同的太阳，”Guhathakurta说。"从中可以获得很多知识。"

迈尔斯·哈特菲尔德
马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心。