周舟

位于太陽大氣最外層的日冕可達(dá)上百萬攝氏度，“帕克”如何耐受得住太陽之火而不被燒化昵

萬物生長靠太陽，但太陽是我們“最熟悉的陌生人”，對(duì)這顆人類賴以生存的大火球，還有太多的問題沒有弄明白。

8月12日，美國“帕克”太陽探測(cè)器從佛羅里達(dá)州啟程，踏上人類歷史上第一次近距離“觸摸”太陽的逐日之旅。那么，它如何接近太陽？有什么“防烤化”高招？又會(huì)帶來哪些新發(fā)現(xiàn)呢？

史上最靠近太陽的航天器

首先從“帕克”自身談起，這個(gè)探測(cè)器重約635千克，大小如同一輛小汽車。美國航天局指出，這個(gè)探測(cè)器“相對(duì)較輕”，因?yàn)榻咏栃枰薮蟮哪芰??！芭量恕笔褂卯?dāng)前世界上推力最大火箭之一“德爾塔4”發(fā)射，所用發(fā)射能量是前往火星的55倍，比前往位于太陽系邊緣的冥王星也多出一倍。

上天后。“帕克”將越飛越快，打破人造物體的飛行速度紀(jì)錄——在最接近太陽時(shí)，一小時(shí)就能飛70萬千米。按這種速度。只要一分鐘就能從華盛頓飛到北京。不過，要接近太陽，還必須借助行星的引力踩“剎車”減速。這個(gè)行星，就是金星?！芭量恕睂?次近距離飛掠金星，利用其引力調(diào)整軌道并降低速度，從而逐漸靠近太陽。

按計(jì)劃，“帕克”將于9月底第一次掠過金星，然后于11月首次抵達(dá)近日點(diǎn)。美國航天局說，這時(shí)“帕克”距太陽只有36個(gè)太陽半徑的距離。約2500萬千米。其實(shí)已經(jīng)成為史上最靠近太陽的航天器。

“帕克”預(yù)定工作壽命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(diǎn)。只有不到10個(gè)太陽半徑的距離。這意味著探測(cè)器進(jìn)入了日冕層內(nèi)。日冕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(diǎn)”。“阿爾芬點(diǎn)”距太陽表面數(shù)十個(gè)太陽半徑，此前尚未有航天器能直接觀測(cè)“阿爾芬點(diǎn)”之下的情況。“帕克”項(xiàng)目科學(xué)家、美國亞利桑那大學(xué)助理教授克里斯托弗·克萊因在一份聲明中說：“如果‘帕克進(jìn)入了‘阿爾芬點(diǎn)之下，我們就可以說它進(jìn)入太陽大氣層并‘觸摸到太陽了?！?/p>

此前。最接近太陽的人類探測(cè)器是德美兩國共同研制的“太陽神2號(hào)”，它曾于1976年飛至距太陽表面約4300萬千米的地方，是計(jì)劃中“帕克”與太陽表面最近距離的約7倍。

酷熱高溫都不怕

太陽表面溫度約6000攝氏度，而位于太陽大氣最外層的日冕可達(dá)上百萬攝氏度，“帕克”如何耐受得住太陽之火而不被燒化呢？

美國航天局說，盡管日冕溫度高得驚人，但因?yàn)槲镔|(zhì)密度低，可導(dǎo)熱粒子稀少，對(duì)航天器的影響實(shí)際上并沒有想象中那么大，這就好像手在熱烤箱里能比在熱水里堅(jiān)持更長時(shí)間。按照他們的計(jì)算，“帕克”進(jìn)入日冕后，面向太陽的那一面將僅被加熱到約1400攝氏度，盡管這個(gè)溫度也足以讓鐵熔化。

更重要的是，“帕克”面向太陽的一面裝有厚約11.4厘米的防熱罩，由輕質(zhì)碳復(fù)合泡沫制成，表面涂有白色陶瓷涂料，可反射盡可能多的陽光，使探測(cè)器內(nèi)部的工作環(huán)境可維持在30攝氏度左右。幾十年前，美國航天局就有探測(cè)日冕的計(jì)劃，但直到最近材料科學(xué)取得進(jìn)展，研制出了這種防熱罩，計(jì)劃才得以真正實(shí)施。

“帕克”探測(cè)器上也有設(shè)備沒有躲在防熱罩后，其中一個(gè)是被稱為“法拉第杯”的傳感器，用來測(cè)量太陽風(fēng)中離子和電子的相關(guān)數(shù)據(jù)。“法拉第杯”使用鉬合金制成，其熔點(diǎn)高達(dá)2349攝氏度，而為它產(chǎn)生電場(chǎng)的芯片由鎢制成，熔點(diǎn)高達(dá)3422攝氏度。

另外。設(shè)計(jì)人員采用金屬鈮制造電線，并用藍(lán)寶石晶管來隔熱，防止電線被烤化。

“帕克”探測(cè)器上還有多個(gè)高溫保護(hù)機(jī)制。比如，研究人員在防熱罩陰影的邊緣安裝了多個(gè)傳感器，一旦某個(gè)傳感器探測(cè)到陽光，便會(huì)通知中央電腦，“帕克”探測(cè)器隨即自動(dòng)糾正姿態(tài)，確保內(nèi)部儀器安全。

四大儀器解謎題

費(fèi)盡心機(jī)探測(cè)太陽，并非只是滿足“奔日”夢(mèng)想，人們對(duì)太陽的了解還遠(yuǎn)不充分，其中一個(gè)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(dòng)。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，日冕溫度遠(yuǎn)高于太陽表面，這也是一個(gè)謎。

為回答這些問題，“帕克”探測(cè)器搭載了四大儀器。分別是測(cè)量日冕電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(cè)量粒子能量及種類的ISIS。

美國航天局說，“帕克”探測(cè)器將在日冕層展開近距離觀測(cè)，希望能“革命性改變對(duì)太陽的認(rèn)識(shí)”。同時(shí)，這項(xiàng)任務(wù)也將增進(jìn)對(duì)其他恒星的認(rèn)識(shí)，并有助于更準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)重大空間天氣事件，從而更好地保護(hù)人造衛(wèi)星、宇航員以及地球上的電網(wǎng)和飛行器等。

“帕克”探測(cè)器以曾提出太陽風(fēng)存在的美國物理學(xué)家尤金·帕克的名字命名?？粗芭量恕鄙朐葡?，這位91歲的老人在美國航天局電視直播中說：“我想說，哇，開始啦，接下來的幾年我們將會(huì)學(xué)到一些新東西?！?/p>