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第180期  总第5724期  2019年04月01日  星期一
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“亲吻”太阳的勇士——第一颗太阳探测器帕克
来源:本站原创 作者:admin 发布日期:2019-04-01 16:17:51

我们对太阳的探索,从未停止。无论是登陆火星,还是进入外星轨道,NASA(美国宇航局)的太空任务都伴随着引人注目的技术进步。2018年8月12日,NASA耗资15亿美元研发的太阳探测器帕克,从卡纳维拉尔角空军基地顺利发射升空,开始了为期7年的观测任务。

 

帕克迎来绕日第二圈
 

帕克太阳探测器是第一架飞经太阳大气层日冕的探测器,它能让科学家以史上最近的距离观测太阳。
帕克探测器的轨道绕行金星和太阳,在金星附近的时候借助金星的引力加速,然后再一次抵达近日点。在未来7年内,帕克需要完成至少7次金星借力飞掠,环绕太阳飞行24圈,并在金星引力的帮助下调整轨道,逐渐逼近太阳,最终抵达距离太阳表面约610万千米的地方。
 

帕克于1月19日抵达远日点,目前进行第二圈绕日,将在4月初再次抵达近日点。该项目主管安迪·德里斯曼称,第一圈绕日让他们了解了探测器在接近太阳时的运行情况,“我要自豪地说,项目团队的有关预测非常准确”。
 

项目科学家努尔·拉瓦菲说,探测器传回的数据提示存在“我们此前从未见过的许多新事物”。帕克正履行其揭晓太阳奥秘的重大使命。
 

第二次近日飞行与去年11月第一次近日飞行一样,探测器距太阳的最近距离约2400万千米。这几乎是之前记录保持者——“太阳神2号”探测器1976年距离太阳表面位置的一半。它当时以每小时35万公里的速度飞行,堪称有史以来最快的航天器。当然,它并没有停止打破纪录:当帕克在2025年左右降低到接近太阳时,它将以每小时70万公里的速度绕着恒星进行抵近。
 

在这一过程中,了解太阳的天气和行为非常重要,因为大型太阳活动会直接影响地球以及我们在轨道上的卫星。
 

帕克的神圣使命
 

追逐太阳不仅有千难万阻,而且风险特别大。此次帕克探访太阳之旅要进入太阳大气层,但即便只是太阳表面,最低温度也达4500摄氏度,无论是肉身还是钢筋铁骨,还未进入太阳大气层,顷刻间就会化为灰烬。所以,帕克只不过是到太阳边上观望,而且有7年的漫长旅程。
 

此次帕克探测器的任务主要有三个,一是探索太阳风的速度,二是观察太阳风暴原理,三是了解日冕层的温度为何如此高。太阳风与太阳风暴密切相关,因为一般太阳风的能量爆发来自于太阳耀斑或其他被称为“太阳风暴”的气候现象。太阳风暴是太阳大气中发生的持续时间短暂、规模巨大的能量释放现象。而日冕是太阳大气的最外层,温度极高,可达200万摄氏度。同时日冕上有冕洞,冕洞是太阳风的风源。所以,太阳风、太阳风暴和日冕层是密切相关的。
 

努尔·拉瓦菲说:“帕克太阳探测器正在为我们提供对解密太阳现象至关重要的测量,这样的现象已经困扰我们数十年了。为了使这种联结闭合起来,对日冕以及新生太阳风的实地采样是必需的,而帕克太阳探测器做的正是这件事情。”
 

帕克搭载的仪器设计目标就是以空前的方式考察这些待解决的现象,为科学家在太阳大气研究领域大步前进提供机会。
 

为此,帕克探测器携带了四大仪器,也仅仅是四个,带太多仪器没有用。因为前往太阳近日点的环境十分险恶,弄不好就会造成仪器故障,整个任务前功尽弃。在四大仪器中排列第一的是SWEAP太阳风电子、阿尔法粒子和质子探测器,负责捕捉太阳风中的各种粒子,这样我们就可以知道日冕层中的物质都由哪些粒子构成。第二个是广域相机,对日冕和太阳风大尺度结构进行直接成像,建立我们对日冕的物理细节认识。最后两个是ISIS-EPI综合调查装置和FIELDS电磁力仪,用来对太阳风进行测量。有了这四大仪器,就可以基本掌握太阳风和日冕物质的构成,这些数据有望揭开日冕高温之谜。

 

离太阳那么近帕克为何没被烤化
 

太阳是如此炽热,任何对它有亲近举动的人和物体都会顷刻间被热化。


以前距太阳表面最近约4000万千米,而现在帕克将绕太阳运行,平均距离仅约640万千米。太阳表面的平均温度约6000摄氏度,但帕克不会那么接近。团队预计帕克将在其任务期间最多达到1400摄氏度,并且可以轻松抵御这种热量。
 

正所谓“不入虎穴焉得虎子”,为了抵达距离太阳足够近的位置上,隔热技术是最关键的。约翰·霍普金斯大学应用物理学实验室设计了一种隔热装置,由两块碳纤维材料夹板构成,在飞往太阳的过程中可抵御1400摄氏度的高温。因此我们可以看到探测器的前端有一个巨大的隔热罩,表面为白色物质,能最大限度反射太阳光。隔热罩后面的仪器可以保证在不高于30摄氏度的环境中工作。由此看出,隔热罩的作用巨大,没它“罩着”,所有仪器都无法正常工作。
 

能扛住1400摄氏度的材料其实并非人类最先进的技术,航空发动机的涡轮前温度比这个数值更高,如果要更加靠近太阳也是可以的。但根据任务需要,抵达600多万千米在距离上已经足够,可收集到与日冕高温有关的粒子。在帕克探测器的周围,还安装了多个传感器,一旦温度超过阈值,就会触发探测器自动调整姿态,确保所有的仪器都处于隔热罩的保护之下。

 

此次帕克与太阳炽热的约会之旅最大的意义在于,突破了过去天文学只靠远距离观察天体和宇宙的局限,而是可以近距离用科学仪器进行实验和检测等实证研究。或许要不了7年的探索,人类就会逐渐揭开太阳的三大谜团,帮助我们预测和防止太阳风暴对地球电网和通讯的干扰,以及预防太阳风暴。

 

■E学课堂

 

就地球而言,越是接近地核,温度越高。太阳的热源是日核,但奇怪的是,太阳表面只有6000摄氏度,但是距离日核较远的日冕层却高达200万摄氏度。扫描二维码了解相关知识吧!

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