我們看過許多震撼的太陽圖像,比如這張說不上是邪惡還是可愛的“太陽微笑.jpg”,以及很多動態(tài)高清的視頻。
圖片來源:NASA/GSFC/SDO
這些標(biāo)志性的高清影像多來自太陽動力學(xué)觀測臺(Solar Dynamics Observatory,SDO)。自 2010 年升空以來,SDO 一直注視著太陽,它收集了大量寶貴的數(shù)據(jù),大多存儲在美國斯坦福的聯(lián)合科學(xué)操作中心(JSOC)的服務(wù)器中。這些數(shù)據(jù)不僅能讓觀眾看到每一天的太陽圖像,也始終在監(jiān)測即將到來的太陽風(fēng)暴信號。
去年 10 月初,美國航空航天局(NASA)正式確認,太陽已經(jīng)進入其 11 年活動周期的極大期(solar maximum),這是太陽黑子、耀斑、日冕物質(zhì)拋射(CME)等事件最為活躍的時期。這也讓 SDO 的太陽監(jiān)測顯得尤為重要。研究者無不為此摩拳擦掌,試圖通過不同的太陽探測器實時監(jiān)測并收集各個維度的數(shù)據(jù),以更好地理解太陽物理。但一根破裂的水管卻讓 SDO 的數(shù)據(jù)服務(wù)在這個關(guān)鍵時期中斷了。
圖片來源:JSOC archive
當(dāng)?shù)貢r間 2024 年 11 月 27 日,JSOC 團隊發(fā)布了一篇日志表示:11 月 26 日,服務(wù)器所在的房間中,有一條約 10 厘米(4 英寸)口徑的冷凝水管破裂,導(dǎo)致 JSOC 房間里的積水達到幾英寸深,嚴(yán)重損壞了建筑物內(nèi)的許多電子設(shè)備,其中就包括存儲和分發(fā) SDO 兩臺核心儀器數(shù)據(jù)的服務(wù)器,它同時也是過渡區(qū)成像攝譜儀(IRIS)的服務(wù)器。截至第二天,房間里雖然已排干水,但各種物品仍是潮濕的,且有多處漏水點仍在破壞電子設(shè)備。
事故發(fā)生后,JSOC 團隊立即創(chuàng)建了一個緊急資源頁面,為可能需要數(shù)據(jù)的用戶更新可用信息,但情況實在過于嚴(yán)峻,所有存檔數(shù)據(jù)暫時都無法訪問,實時科學(xué)數(shù)據(jù)處理和分發(fā)也暫時中斷了。盡管空間軌道上的 SDO 和 IRIS 仍能正常運行,也在按照計劃進行數(shù)據(jù)采集,且收集到的數(shù)據(jù)也不會丟失,但這篇看上去就像“啪,全都沒了!”的公告,還是讓人感到一絲“草臺班子”式的荒誕。
太陽“攝影師”
美國航空航天局(NASA)于 21 世紀(jì)初提出了“與星共舞”(Living With a Star,LWS)計劃,旨在通過一系列太陽探測任務(wù)理解太陽對太陽-地球系統(tǒng)等各方面的影響,并能實現(xiàn)對空間天氣的準(zhǔn)確預(yù)測。而 2010 年 2 月發(fā)射的 SDO 正是該計劃的第一項任務(wù),它最主要的科學(xué)目標(biāo)是從多個波段觀測太陽,理解太陽動力學(xué),收集有關(guān)太陽磁場結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù),同時監(jiān)測太陽輻射的變化。
圖片來源:NASA
太陽的種種活動,不論大小,都會對地球產(chǎn)生影響。但生活在地球上的我們,卻對母星仍存在許多疑問。
比如,驅(qū)動太陽約 11 年活動周期的機制是什么?太陽如何將儲藏的磁能釋放到日球?qū)樱啃〕叨鹊拇胖芈?lián)如何影響了大規(guī)模的湍流,它們是否導(dǎo)致了太陽日冕的異常高溫?哪些磁場配置會導(dǎo)致日冕物質(zhì)拋射、耀斑等活動?地球附近太陽風(fēng)的結(jié)構(gòu)和動力是否能通過太陽表面的磁場和大氣結(jié)構(gòu)確定?最重要的是,是否能通過監(jiān)測太陽表面的活動,可靠地預(yù)測太空天氣?
為了探索這些與太陽動力學(xué)有關(guān)的疑問,SDO 攜帶了三臺科學(xué)儀器——日震和磁像儀器(HMI)、極端紫外變異性實驗(EVE)以及大氣成像組件(AIA)——不僅能在秒到年這樣的時間尺度上連續(xù)觀測太陽活動,也能從多個波段觀測太陽內(nèi)部、光球?qū)拥饺彰岬幕顒印?/strong>
圖片來源:NASA
其中的 AIA,可以在 7 個極紫外通道中提供對太陽色層和日冕的連續(xù)觀測,能顯示從 2 萬開爾文到 2 千萬開爾文的溫度變化。也正是通過這臺儀器,我們才能在研究團隊創(chuàng)建的“今日太陽”(The Sun Today)網(wǎng)站,看到自 2010 年 5 月以來每一天的太陽圖像。
EVE 則更關(guān)注太陽輻射光譜的變化。太陽發(fā)射的高能極紫外光子(EUV)能夠加熱地球高層大氣形成電離層,但 EUV 輻射總是在持續(xù)變化,而這種變化又極大地影響著大氣加熱、衛(wèi)星阻力、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。此外,HMI 可以通過多個濾光器,對太陽磁場進行精密測量,這些數(shù)據(jù)能幫助研究者建立太陽內(nèi)部動力學(xué)與磁活動之間的關(guān)系。
相比身兼數(shù)職的 SDO,NASA 在 2013 年 6 月發(fā)射的 IRIS 只是一個小型探測器,它主要使用太陽望遠鏡和光譜儀來探索太陽的色球?qū)?/strong>——位于太陽光球?qū)优c日冕之間的復(fù)雜界面,是理解太陽將能量傳輸至太陽風(fēng)的關(guān)鍵區(qū)域,也是理解恒星大氣層的“代表”。
在Lockheed Martin公司潔凈室完成組裝的IRIS航天器。圖片來源:NASA, Lockheed Martin
臨時缺席
在 11 年一遇的太陽極大期,SDO 本應(yīng)該定期測量太陽的磁場,使研究者能更精確地追蹤太陽表現(xiàn)磁場的幾何形狀,以及太陽黑子的演變,這些都能幫助預(yù)測即將到來的太陽耀斑等活動。而結(jié)合地面天文臺,則有助于研究者判斷日冕物質(zhì)拋射的前進方向。
但可惜的是,無論是“全能攝影師” SDO,還是專精于色球?qū)拥?IRIS,盡管它們?nèi)园凑沼媱澰谲夁\行,兢兢業(yè)業(yè)地采集著數(shù)據(jù),都因為一根破裂的水管不得不暫時缺席一段時間。好在 JSOC 服務(wù)器事故只影響了 AIA、HIM 以及 IRIS 的數(shù)據(jù),EVE 的數(shù)據(jù)幸免于難。
截至 2 月中旬,JSOC 團隊一直緊急資源頁面更新他們的修復(fù)進度,同時也提供了備用的數(shù)據(jù)資源。團隊很快便搭建起了虛擬服務(wù)器,允許用戶獲取一段時間內(nèi) AIA 和 HMI 的歷史數(shù)據(jù)。在 2 月 14 日,他們終于恢復(fù)了常規(guī)的數(shù)據(jù)處理,僅有小部分歷史數(shù)據(jù)仍在恢復(fù)中。
很難想象,在太空探索的前沿領(lǐng)域,會因地面機房的不可靠險些造成巨大損失。不過意外總是與進步相伴,或許到下一次太陽極大期,冷卻設(shè)備會因此出現(xiàn)巨大的改進。
參考資料
[1]https://gizmodo.com/busted-water-pipe-halts-nasas-solar-observations-at-the-worst-possible-time-2000533455
[2]https://www.eoportal.org/satellite-missions/sdo#sdo-solar-dynamics-observatory
[3]https://www.eoportal.org/satellite-missions/iris#eop-quick-facts-section
[4]https://suntoday.lmsal.com/suntoday/?suntoday_date=2025-02-27、
[5]https://sdoisgo.blogspot.com/
[6]https://solarweb1.stanford.edu/JSOC_Emergency_Resources.html
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來源丨環(huán)球科學(xué)(ID:huanqiukexue)
作者丨不周
責(zé)編丨王夢如
審校丨徐來 林林