对于太阳物理和空间物理学家来说，他们的愿望就是能把太阳的上下左右、里里外外全都看清，好彻底地理解给予我们光和热的这颗恒星。
然而，直到今天，人类观察太阳的视角却始终被局限在地球公转轨道所在的平面上，从未能对太阳的南北两极进行细致的观测。更撩动科学家心弦的是，太阳的南北两极发生的事，对太阳如何影响航天器的飞行乃至我们生存的环境，都有着重要的意义。
之前为什么看不清？
下面这种图片是工作的地球静止轨道上的风云4-A卫星拍摄的今年2月4日白天的地球图像，从这幅图中，我们可以清晰的看到包括我国在内的地区，然而对于南北极地区，则只能看清一部分地区的大致轮廓。要清晰对南北极实施观测，卫星不能在赤道上空的静止轨道工作，必须进入倾角比较高的轨道。
当我们把视角由地球附近扩展到整个太阳系时将会看到，包括地球在内的所有行星都集中在太阳赤道附近的平面上。受航天技术的限制，从地球上发射的航天器，即便挣脱地心引力的束缚，大部分也只能在地球公转轨道面附近运行。因此SDO、SOHO等已经在太空中工作的太阳探测器，只能提供地球公转面附近的观测视角，无法特别准确得看到太阳极区的情况。对于设置在地面上的太阳望远镜，情况更是如此。
欧洲和美国合作进行的Ulysses飞船曾经完成了一次地球公转轨道面以外的飞行。在这次飞行中，Ulysses飞船发现在太阳活动的极小期和下降期，源自太阳两极的太阳风具有相当稳定的结构，当Ulysses在其中穿行时几乎感觉不到速度和密度的变化。而当太阳活动进入极大期时，不同速度的太阳风则会像地球公转面附近那样交替出现。如果不飞出地球公转轨道所在的平面，这些关于太阳风的三维结构认知都是无法得到的。
遗憾的是，Ulysses只装备了进行局地探测的仪器，只能感受到她附近的太阳风情况，却无法用遥感成像观测的望远镜看到太阳表面的图像。实际上，即便装了遥感设备，Ulysses也难以看到太阳太清晰的样子：Ulysses与太阳的距离大约在2AU-4AU（AU为天文单位，表示地球到太阳的平均距离）间变化，也就是地球和太阳距离的2-4倍，离得越远，自然也就越难看清楚了。
因此，想要看清太阳的南北极，必须做一件事情：离开那个平面
这次，SO（Solar Obiter）将一次满足科学家们所有的愿望：靠近太阳，飞出地球公转轨道，用各个波段的遥感观测仪器把太阳极区看通透。
要完成这件事，当然要有特别的轨道。
借助金星和地球的引力，SO在发射后将会在飞行中与金星形成轨道共振关系，定期相遇。每相遇一次，就能借助进行的引力拉近与太阳的距离，同时逐渐偏离地球公转轨道面。在最初4年的基本任务阶段，相对太阳赤道面的轨道倾角可以达到17度，已经可以比地球上更清楚的观察到太阳极区。而在之后的扩展任务阶段，轨道面相对于太阳赤道的倾角则可以达到33度，对太阳极区的观测质量将会进一步提高。
当我们将来自太阳的辐射信号进行分解后，就能得到关于太阳不同方面的信息。为了获取尽可能丰富的观测，SO上搭载了多达6台的遥感观测仪器。
这其中，在极紫外波段进行观测的EUI仪器可以获取色球、过渡区和低层日冕的情况。虽然这种仪器在以往发射的太阳探测卫星上大都有搭载，冕洞位置和结构的识别就主要依靠这个波段的仪器。但得益于SO独特的观测位置，相信能够对日冕中的精细结构和日冕加热、太阳风加速的重要物理过程带来新的信息。而对于磁场本身的观测，则通过X仪器以可见光的塞曼效应为基本原理进行。通过分析太阳光的偏振状态，就能获取太阳光球磁场的极性和强度。
SO处于一条椭圆形的轨道上，轨道距离太阳最近的距离大约为0.28AU，最远则在1AU附近，相当于在地球公转轨道的里面来回穿行。除了类似于望远镜的可以直接看太阳的遥感观测仪器外，SO还配备了4台局地探测仪器，用以“感受”它所在位置的磁场和等离子体参数。在时而靠近、时而远离太阳的过程中，SO可以记录下这些参数逐渐远离太阳时所发生的变化，让科学家们了解太阳风和日冕物质抛射从太阳到地球的旅程中到底发生了哪些变化——这对准确的空间天气预报同样重要。
2018年8月发射的帕克太阳探测器（PSP），是SO是各有所长的一对搭档：PSP虽然遥感观测仪器没有SO丰富，轨道也基本处在地球公转面以内，但其与太阳的最小距离比SO更小，能够探测到日冕加热和太阳风加速最原始的过程。而SO丰富的遥感观测数据和不同日心距离的局地探测数据，则可以为揭开PSP数据背后的秘密提供丰富的线索。
总之，PSP和SO双剑合璧，必然能够笑傲日球层的江湖。
科学不但能满足人类的好奇心，为新技术提供理论源头，更能给予人类免于恐惧的自由。
彼时，当人类对太阳的科学认知几乎为零时，不过是自然发生的日食也会给人们带来恐慌，而当现代人对电力、卫星定位、卫星通信、跨洋航班所带来的便利习以为常时，来自太阳的风暴又是对现代生活和航天活动的现实威胁。若未来某天，灾难果真降临，我们能否从容的预知它的发生、为它做好万全的准备，全仰仗我们对太阳和空间天气的科学认识水平。可以期待的是，PSP和SO前所未有的观测位置，将会使我们更理解我们的母星，太阳。
作者：李会超（哈尔滨工业大学（深圳））
出品：科普中国
监制：中国科学院计算机网络信息中心
来源：知乎 www.zhihu.com
作者：中国科普博览
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