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        “帕克”逐日,人類文明接近太陽

        2018-02-26 01:44:22
        發(fā)明與創(chuàng)新 2018年33期

        萬物生長靠太陽,但對這顆人類賴以生存的大火球,我們還有太多的問題沒有弄明白。

        8月12日,美國宇航局(NASA)的“帕克”太陽探測器(下稱“帕克”)從佛羅里達州發(fā)射升空,正式開啟了人類歷史上首次穿越日冕“觸摸”太陽的逐日之旅。

        速度最快,距離太陽最近

        “帕克”是以曾提出太陽風(fēng)存在的美國物理學(xué)家尤金·帕克的名字命名的。它重約635千克,大小如同一輛小汽車。“帕克”使用當(dāng)前世界上推力最大火箭之一“德爾塔Ⅳ”發(fā)射,所用發(fā)射能量是前往火星的55倍。

        上天后,“帕克”將打破人造物體的飛行速度紀(jì)錄——在最接近太陽時,1小時就能飛70萬千米。“帕克”預(yù)定工作壽命為7年,其間將環(huán)繞太陽24圈,最終將飛至距太陽表面約610萬千米的最近點,只有不到10個太陽半徑的距離。這意味著探測器進入了日冕層。日冕層是太陽大氣的最外層,在這里帶電粒子被加速到超音速并飛離太陽,形成了可能危害地球的太陽風(fēng)。

        構(gòu)成太陽風(fēng)的帶電粒子與太陽表面之間相隔一段距離,這一間距的上層邊界被稱為“阿爾芬點”?!鞍柗尹c”距太陽表面數(shù)十個太陽半徑,此前尚未有航天器能直接觀測“阿爾芬點”之下的情況?!芭量恕表椖靠茖W(xué)家、美國亞利桑那大學(xué)助理教授克里斯托弗·克萊因說:“如果‘帕克’進入了‘阿爾芬點’之下,我們就可以說它進入太陽大氣層并‘觸摸’到太陽了?!?/p>

        酷熱高溫都不怕

        太陽表面溫度約為6000℃,而日冕層可達上百萬攝氏度,因此,在靠近太陽的軌道上,真正的挑戰(zhàn)是防止航天器被燃燒殆盡。

        “帕克”項目科學(xué)家亞當(dāng)·薩博說:“NASA數(shù)十年前就開始計劃朝太陽發(fā)送探測器,但一直缺乏保護航天器及其儀器免受高溫影響的技術(shù)。材料科學(xué)的最新進展為我們提供了可以制造航天器隔熱罩的材料,這一隔熱板置于航天器前,不僅能耐受太陽的極端高溫,還能保持背面的涼爽?!?/p>

        隔熱罩由兩塊碳纖維面板之間夾一層11.4厘米厚的碳復(fù)合泡沫材料制成。雖然面向太陽一側(cè)的溫度約達1371℃,但在隔熱罩后面,探測器的溫度保持在29℃。

        “帕克”上也有設(shè)備沒有躲在隔熱罩后,其中一個是被稱為“法拉第杯”的傳感器,用來測量太陽風(fēng)中離子和電子的相關(guān)數(shù)據(jù)?!胺ɡ诒笔褂勉f合金制成,其熔點高達2349℃,而為它產(chǎn)生電場的芯片由鎢制成,熔點高達3422℃。

        ▲“帕克”太陽探測器從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空(圖/東方IC)

        四大儀器解謎題

        費盡心機探測太陽,是因為人們對太陽的了解還遠不充分,其中一個主要的未知領(lǐng)域是日冕物質(zhì)拋射和太陽風(fēng)形成等太陽活動。比如,科學(xué)家尚不清楚太陽風(fēng)中的粒子如何獲得加速度。另外,日冕溫度為何遠高于太陽表面也是個謎。

        為回答這些問題,“帕克”搭載了四大儀器,分別是測量日冕電場和磁場的FIELDS,記錄太陽風(fēng)中粒子速度、密度和溫度等數(shù)據(jù)的SWEAP,直接給太陽日冕拍照的WISPR以及測量粒子能量及種類的ISIS。

        NASA稱,“帕克”將在日冕層展開近距離觀測,同時,這項任務(wù)也將增進對其他恒星的認(rèn)識,并有助于更準(zhǔn)確地預(yù)報重大空間天氣事件,從而更好地保護人造衛(wèi)星、宇航員以及地球上的電網(wǎng)和飛行器等。(本刊綜合)

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