太陽軌道飛行器第二次穿過一顆彗星的“尾巴”

在迄今為止的任務中，歐空局/美國宇航局（ESA/NASA）的太陽軌道飛行器（Solar Orbiter）第二次穿過一顆彗星的尾巴。英國倫敦大學學院的天文學家提前預測，該航天器收集了大量的科學數據，現在正等待全面分析。對於一個旨在對太陽進行獨特研究的航天器來說，太陽軌道飛行器在探索彗星方面也是聲名鵲起。在2021年12月17日的1200-1300UT為中心的幾天里，該航天器發現自己飛過了C/2021 A1 Leonard彗星的尾巴。

這次“相遇”捕捉到了關於彗星尾部存在的粒子和磁場的信息。這將使天文學家能夠研究彗星與太陽風的互動方式，太陽風是一種由太陽發出的粒子和磁場組成的可變風，並掠過太陽系。

倫敦大學學院穆拉德空間科學實驗室的研究生Samuel Grant預測了這次飛越。他改編了一個現有的計算機程序，將航天器的軌道與彗星的軌道進行比較，以包括太陽風的影響及其塑造彗星尾巴的能力。

“我用Leonard彗星和太陽軌道飛行器運行它，對太陽風的速度做了一些猜測。”他說：“這時我看到，即使是在相當大的太陽風速度範圍內，似乎也會有一個交叉點。”

在飛越時，太陽軌道飛行器離地球相對較近，於2021年11月27日經過，進行了一次重力輔助機動，標誌着任務的科學階段的開始，並將航天器置於2022年3月接近太陽的過程中。這顆彗星的核心在4450萬公里之外，接近金星，但其巨大的尾巴在太空中延伸到地球的軌道和其他地方。

到目前為止，太陽軌道飛行器對彗星尾巴的最佳探測來自於太陽風分析器（SWA）儀器套件。它的重離子傳感器（HIS）清楚地測量了可歸於彗星而不是太陽風的原子、離子，甚至是分子。

離子是被剝奪了一個或多個電子的原子或分子，現在帶有一個凈正電荷。SWA-HIS檢測到氧、碳、分子氮的離子，以及一氧化碳、二氧化碳和可能的水的分子。來自德克薩斯州西南研究所的SWA-HIS首席調查員Stefano Livi說：“由於它們的電荷很小，這些離子顯然都是來自彗星。”

當一顆彗星在太空中移動時，它往往會將太陽的磁場垂在它周圍。這個磁場被太陽風帶着，垂下的磁場產生了不連續性，磁場的極性從北到南急劇變化，反之亦然。

磁強計儀器（MAG）的數據確實表明存在這種懸垂的磁場結構，但是還有更多的分析工作要做才能絕對確定。“我們正在調查我們的數據中看到的一些較小規模的磁擾動，並將它們與太陽軌道飛行器的粒子傳感器的測量結果結合起來，以了解它們可能的彗星起源，”來自倫敦帝國學院的MAG的共同研究者Lorenzo Matteini說。

除了粒子數據外，太陽軌道飛行器還獲得了圖像。

Metis是太陽軌道飛行器的多波長日冕儀。它可以進行紫外線觀測，看到氫氣發出的萊曼α射線，它還可以測量可見光的偏振。在12月15日和16日期間，它同時用可見光和紫外光拍攝了彗星的遠端頭部。這些圖像現在正由儀器小組進行分析。意大利帕多瓦的CNR-Istituto di Fotonica e Nanotecnologie的Metis共同研究員Alain Corso說：“可見光圖像可以暗示彗星噴出塵埃的速度，而紫外線圖像可以給出水的生產速度。”

太陽軌道飛行器日光層成像儀（SoloHI）也採集了數據。這些圖像顯示了在航天器本身處於彗星尾部時拍攝的彗星離子尾部的大部分。隨着圖像序列的推進，可以看到尾部的變化是對太陽風速度和方向變化的反應。

而且，不僅僅是太陽軌道器在觀察這個交叉點。ESA/NASA的SOHO任務和美國宇航局的STEREO-A和帕克太陽探測器航天器也在遠處進行觀察。這意味着天文學家現在不僅有來自尾巴內部的數據，他們還有來自這些其他航天器的背景圖像。

彗尾穿越是比較罕見的事件。在那些已經被探測到的事件中，大多數都是在事件發生后才被注意到。ESA/NASA的“Ulysses”任務遇到了三顆彗星的離子尾巴，包括1996年5月的C/1996 B2 Hyakutake和2007年初的C/2006 P1 McNaught。太陽軌道器本身在發射后不久，於2020年5月和6月穿越了碎裂的彗星C/2019 Y4 ATLAS的尾部。

雖然早期的穿越是一個驚喜，但由於倫敦大學學院穆拉德空間科學實驗室的Geraint Jones開發的計算機代碼，以及Samuel的擴展，太陽軌道器的兩次相遇都被提前預測到了。

“最大的優勢是，基本上不需要航天器方面的努力，你就可以在一個巨大的距離上對彗星進行採樣。”Samuel說：“那是相當令人興奮的。”他現在正在研究來自其他航天器的檔案數據，尋找迄今未被注意到的彗星尾部交叉點。

這項工作也有助於為ESA的彗星攔截器任務積累經驗， Geraint是該任務的科學團隊負責人。該任務將訪問一顆尚未被發現的彗星，用三個航天器飛越目標，以創建一個”動態的新”天體的三維輪廓，其中包含太陽系黎明時期倖存的未加工的物質。