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NASA 将向太阳发射新的探测器,这是人类文明距离太阳最近的一次

王毓婵2018-07-25 06:51:15

比上一次近了很多很多。

据 Space 报道,NASA 准备发射一枚新的太阳探测器,它将创下人类文明距离太阳最近的记录。

该探测器名为帕克(Parker),得名于美国天体物理学家尤金·纽曼·帕克(Eugene Newman Parker)。大小相当于一辆小轿车,预计将于今年 8 月 6 日发射,开始它为期 7 年的探测任务。在这期间,帕克将绕太阳运行 24 圈,并逐渐缩短与后者的距离,最终在距离太阳表面约 610 万公里的位置飞行。

历史上,人类曾向太阳派遣过逾 15 个探测器,最为逼近的是 1976 年发射的“太阳神 2 号”,距离太阳表面约 4500 万公里。而帕克与太阳的距离将相当于太阳神 2 号所创纪录的 1/7。

帕克将进入日冕层,那么它将如何抵御这颗灼热恒星的烈焰呢?

美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的热保护系统工程师贝奇·康登解释称,温度与热度是两个概念,温度与粒子移动的速度有关;热度则与粒子传输的总能量有关。粒子可能快速移动(高温),但如果它们的数量很少,就不会传递太多能量(低热)。帕克将穿越的日冕内温度极高但密度非常低,航天器仅与较少的热颗粒相互作用,因此不会接收到太多热量。

当帕克穿过几百万摄氏度高温时,面向太阳的隔热罩表面将仅被加热到大约 1400 摄氏度。

为了将机器核心部件与灼热的探测器表面隔离开,帕克使用了名为“热保护系统”的隔热罩(TPS),直径约 2.4 米、厚度约 115 毫米,使得探测器内部温度可以保持在 30 摄氏度左右。约翰·霍普金斯大学应用物理实验室设计这个隔热罩,由两块碳板之间夹着一块碳复合泡沫堆叠而成,经测试其可承受 1650 摄氏度高温,几乎可保障所有仪器的安全。

帕克此次奔赴太阳,是为了搞清楚三个问题,一是太阳风的加速机制,二是太阳高能粒子的加速机制,三是日冕的极端高温之谜。

第一个问题中所指的太阳风是从太阳上层大气射出的超声速等离子体带电粒子流。它非常稀薄,常常每立方厘米只有几个粒子,比地球上一些实验室的真空还真空;太阳风粒子主要是质子、电子和阿尔法粒子等带电粒子,它们的温度也相当地高,可达几十甚至上百万度。

太阳风往往伴随着磁场出现,虽然磁场强度看起来不大,比如几个到上百纳特斯拉(nT),但却可以和地球磁场发生相互作用,有时候会造成地磁暴,使得信鸽迷路,严重时甚至可能损坏电网,造成大面积停电等。

观测发现,太阳风被加速到超音速的过程出现在日冕层,所以 NASA 计划让帕克飞进日冕层,搞清楚这个过程是如何发生的。

第二个问题中所指的太阳高能粒子包含质子、电子和能量在数十 KeV 至 GeV 的重离子,这些粒子在离开太阳后,最快的速度可以达到光速的 80%。它们在接近地球时会干扰卫星,尤其是在地球磁场外的卫星。

最后一个问题是日冕的极端高温之谜。太阳可见表面的温度大约为 5500 摄氏度,而日冕温度却要高上数百倍,达到了一百多万摄氏度。太阳的能量产生于其核心,所以这非常不符合常规逻辑。帕克或许有希望为这个问题带来答案。


题图/Johns Hopkins APL/Steve Gribben/NASA

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