从侧面审视太阳系

欧洲空间局的 Solar Orbiter（太阳轨道器）于2月10日发射升空，它将前往没有空间探测器去过的地方：太阳的南北两极。在太空时代进行了六十多年后，机器人已经漫游过火星的沙漠，掠过土星的光环，并在布满碎石的小行星上跳跃。然而，尽管听起来很奇怪，太阳轨道器却是第一个将向我们展示太阳从上方和下方看是什么样子的任务。

我们看待太阳的狭隘视角源于我们观察太阳系方式中一个更广泛的限制。所有行星都大致在同一平面上运行，几乎直接绕着太阳赤道旋转。由于地球与其他行星一样身处其中，我们是从这个平面内向外看它们，因此我们看到它们相对于太阳都是侧面的。我们发射的任何航天器也始于这个平面，并被地球轨道的角动量所带动。

我们无法避免。我们总是从侧面审视太阳系的其余部分。

事实上，自天文学和占星术的早期以来，我们一直在这样做。太阳一年中在天空中运行的路径被称为黄道。它自然是由地球轨道的方向决定的。由于所有其他行星都与地球共面，它们在天空中运行的路径与太阳非常相似——也就是说，它们都追踪黄道。

黄道对于早期的观星者来说非常重要，因为它显然具有某种天体意义。黄道穿过天空中十二个主要的星座，这些星座在古埃及和希腊占星术中被尊为十二宫。 （在现代、标准化的星座划分中，黄道还穿过第十三个星座 Ophiuchus。它的发音是“off-ee-YOU-kuss”，以防你有一天想用它来迷惑相信占星术的人。）

随着占星术的神秘主义逐渐被天文学的科学探索所取代，人们清楚地认识到黄道确实具有天体意义。行星都围绕太阳在同一平面上运行并非偶然；这显然揭示了太阳系起源的一些基本信息。

恒星通过气尘星际云的坍缩形成。云收缩时，其中任何随机运动都会被集中起来，导致其旋转。旋转云的动力学使其扁平成一个盘状，大部分质量集中在中间。中间那个物体变成一颗恒星；扁平盘中的物质产生行星；行星都绕着同一个平面运行，与恒星的旋转对齐，因为它们都源于那个单一的扁平结构。

直到最近，这个故事主要还停留在动力学模型和对极年轻恒星性质的测量上。现在，使用 ALMA天文台（它能够生成毫米波辐射的高精度图像）进行的观测，以极其精美的视觉细节展示了正在形成的行星系统。这些系统的扁平盘状结构清晰可见。同时，还有一些 引人注目的环和缝隙，据信与新生行星干扰盘中物质的位置有关。

我们从侧面观察天空，背后有着如此多的美丽历史。然而，被困在一个平面上给探索太阳系带来了一些严峻的挑战。当我们近距离拜访一颗行星时，我们可以从上方和下方进入，从各个方向观察它。例如，卡西尼号航天器拍摄了土星及其光环从上方拍摄的令人惊叹的图像，而朱诺号探测器目前正在捕捉木星极地风暴的非凡细节。

然而，要想脱离整个太阳系的平面，那是一个更困难的挑战。在太阳轨道器之前，只有一个任务是刻意设计来实现这一点的。 Ulysses（尤利西斯）号航天器（NASA和ESA的联合任务）利用木星的引力将其自身推入一个垂直轨道。从1992年到2008年，它在太阳极地上方研究了太阳的磁场和太阳风。然而，它没有成像相机，而且是从很远的距离观察太阳，距离大约与木星到太阳的距离相当。

在20世纪80年代，NASA的旅行者1号和旅行者2号探测器也摆脱了太阳系的平面，尽管这更多是它们其他探索的副产品，而不是一个有意识的目标。旅行者1号与土星的最后一次近距离接触以及旅行者2号与海王星的近距离接触改变了这两艘飞船的路径，使得它们都以偏离黄道约30度的角度飞行。但自尤利西斯号以来，每一个主要的太空探测器都仍然被困在平面的束缚中。

缺乏更高的视角，对于试图理解太阳及其活动如何影响地球的科学家来说尤其成问题。太阳强烈的磁场在其两极创造了与其赤道截然不同的条件。尤利西斯号探测器证实了这种差异，但只能进行远距离测量。NASA的帕克太阳探测器目前正在越来越近地掠过太阳，捕捉着关于太阳如何将强大的等离子体爆炸射入行星际空间近距离的细节，但它仍然只能从侧面观察太阳。

这就是 Solar Orbiter（太阳轨道器）的用武之地。它将反复近距离飞掠金星，利用金星的引力作为跳板，将航天器推离太阳系平面高达33度。太阳轨道器配备的仪器比尤利西斯号上的仪器先进得多，而且与它的前身不同，它将近距离探测太阳——距离太阳的距离不到地球到太阳距离的三分之一。

脱离行星的轨道平面对于探索外太阳系中最有趣的一些天体也至关重要。远离太阳的地方，存在着许多不遵循太阳系原始盘状有序排列的家族天体。例如，冥王星相对于地球倾斜了17度，而海王星之外的其他天体则以更极端的方式排列。这很可能是我们看到了早期太阳系混乱的结果，当时形成的行星剧烈地散射了成为彗星、柯伊伯带天体和其他遥远天体群体的小天体。

一颗目前被指定为 2002 XU93 的天体，相对于黄道倾斜了78度。一些 其他天体 的轨道可能完全倾斜90度！如果存在的话，第九行星被推测是以约30度的倾角绕轨道运行。冥王星令人费解的表亲阋神星，倾斜了44度。即使在小行星带，离地球更近的地方，巨大的小行星谷神星也以35度的倾斜角度绕太阳运行。

这些倾斜的天体都特别有趣，正是因为它们不遵循普通的侧视规则。谷神星可能是一个未被纳入任何主要行星的原行星幸存者；它的表面似乎遭受了撞击的严重破坏，因为它倾斜的轨道使其反复穿越小行星带的密集区域。阋神星是冥王星一个令人费解的对应体，比冥王星稍小但密度更大。它也是一个复杂、动态的世界吗？海王星是否将它踢入了目前的轨道？没人知道。

如果天文学侦探 Konstantin Batygin 和 Mike Brown 最终找到了那颗长期被寻找的 第九行星，我们肯定想更多地了解这个太阳系的极端成员。近距离访问它将需要比我们现在拥有的更快的推进方式，但也需要学会如何摆脱黄道的限制。

太阳轨道器是一个小小的进步，但至关重要。它将展示如何在不使用巨行星引力的情况下脱离太阳系平面。在这个过程中，它将真正向我们展示太阳的另一面。

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