NASA将发射史上离太阳最近航天器,挑战日冕层百万度高温互联网

2018-07-24

[摘要]在为期7年的任务中,帕克号将深入一百多万摄氏度的日冕层,最近距离太阳表面只有380万英里(约610万公里),大幅度刷新纪录。

一场新的“夸父逐日”之旅即将开启,打破人造物体逼近太阳的极限距离。

美国国家航空航天局(NASA)近日宣布,其新一代太阳探测器“帕克”号(Parker Solar Probe)最早将于8月6日发射,搭乘德尔塔四型重型火箭从佛罗里达州的卡纳维拉角升空。

“帕克”号的逐日之旅

在为期7年的任务中,帕克号将深入一百多万摄氏度的日冕层,最近距离太阳表面只有380万英里(约610万公里),大幅度刷新纪录。历史上,人类共曾向太阳派遣过逾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。

三问日冕

肉眼看上去的太阳就是个一成不变的圆盘,但它实际上是个动态而活跃的恒星。其大气层不断向外发射磁性物质,范围可波及冥王星轨道之外,有时候会干扰到地球上的无线电信号。太阳活动对地球的影响统称为“空间天气”。

“太阳的能量时时刻刻在人类世界里穿行,”帕克太阳探测器项目科学家Nicky Fox说道:“尽管太阳风并不可见,我们却能看见它产生的美丽极光。这表明,大量太阳能量和粒子正在倾泻入地球大气层的”

这股扑面而来的太阳风的加速机制,就是帕克号要搞清楚的三大基本问题之一。观测表明,太阳风被加速到超音速的过程出现在日冕层。

所谓日冕层,即太阳大气的最外层。在日全食过程中,我们看见的那个光圈就是日冕。

日冕

太阳高能粒子的加速机制,是帕克号想要解答的第二个基本问题。这些粒子从太阳射出后,速度可高达光速的一半。

日冕的极端高温之谜是最后一个问题。太阳可见表面的温度大约为5500摄氏度,日冕温度却要高上数百倍,达到了一百多万摄氏度,非常不符合常规逻辑。

挑战高温

帕克探测器因物理学家尤金·帕克得名。1958年,他发表了一篇关于太阳风理论的里程碑式的论文。可以说,帕克项目已经酝酿了60年,随着近年来相关技术的成熟才得以成型。其中,隔热技术是最为重要的一项。

帕克号防热罩是个直径2.4米的三明治结构,外表是碳-碳复合物,类似于网球拍的材料,里面包裹着10厘米厚的碳泡沫,其中97%的成分是空气。

安装帕克号的防热罩

冷却阵配合防热罩进行工作。水经过太阳能电池时被加热,再经过散热器冷却,循环往复。

最后,为了确保帕克号的装置始终“躲在”防热罩后,安装在防热罩阴影边缘的7个太阳传感器能在探测器与地球无法联系的时间段监控故障,自动校准探测器的路线和朝向。

当然,温度和热度是两个概念,热涉及到能量转移的过程。帕克号能在上百万摄氏度的日冕层中存活的重要背景因素,是日冕层中高温等离子体的密度其实比较稀疏,探测器的飞行速度又很快,实际接受的能量仍能保持在可控的范围。

耗能为火星项目的55倍

日地间的1.5亿公里相对于人类的宇宙探索史来说是较短的距离,直观上感觉挺“省油”。其实不然,帕克号体重都不大,却要动用世界最重型的火箭之一德尔塔四型。

这是因为,帕克号地球一样以每秒30公里的速度绕日运行。它需要极快地抵消动量、改变方向以靠近太阳,这个过程将耗费大量能量。

约翰霍普金斯应用物理实验室的郭燕萍表示向太阳发射探测器所需的能量是火星的55倍,冥王星的2倍。太阳系内各大行星的相对位置在夏季处于一个比较有利探测器的条件,尤其是发射窗口将选在美东时间凌晨4至6时,将助力帕克号直冲向首个路标:金星。

帕克号将借助金星引力卸掉一部分速度,以进一步靠近太阳。在7年的计划任务期内,帕克号将这样“下潜“6次,最终打破人造航天器距离太阳的最近纪录。

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