NASA发射太阳探测器亮点前瞻:有关太阳的谜团全靠它了-牛人趣事
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NASA发射太阳探测器亮点前瞻:有关太阳的谜团全靠它了

2018-08-10 18:10     科技    

  8 月 10 日据国外媒体报道,NASA(美国国家航空航天管理局)的管理人员刚刚批准了一项耗资 15 亿美元的“帕克太阳探测器”计划,该计划定于本周六早上发射升空,执行一项大胆的“近距离接触太阳”任务。据悉,这架太阳探测器将不断的飞越太阳大气日冕层,找出太阳日冕层的活动规律和原理,解释为何太阳表面能达到数百万度的原因,帮助科学家预测太阳风暴等天体灾害。

  另外,帕克太阳探测器还将绘制出强大的太阳磁场以及带电粒子洪流分布图。这些粒子在爆炸发生的时候被不断炸到太空中,能够帮助科研人员弄清这种粒子加速以及极端加速的原理。

  NASA 的目标是理解以及更好的预测“太阳风”现象,以及它为何会在地球上呈现出类似极光的效果,同时偶尔还会对电网和卫星造成严重的破坏。

  “这种现象对我们有直接的影响,并且大部分是负面的。在我们的空间里,扰乱我们的通信设施、干扰宇宙飞船、创造了一个危险的环境,甚至在最极端的情况下能够影响地球的电网使用。”美国宇航局太阳物理研究所科学部门副主任 Alex Young 表示。

  “因此我们能够预测这种太空天气,就像我们预测地球的天气一样,这对人类来说很重要。”

  至于太阳的日冕层,我们在日全食的时候所看到炽热光晕现象,科学家们也希望通过帕克太阳探测器来解答这个问题。

  Young 表示:“我们已经习惯了这样的感受,当我们站得离火源太近时,就会想办法远离,这样温度才能降低。但这样的事情不会发生在太阳身上,当环境从太阳表面的温度上升到 1 万度,再上升到日冕层的温度,很快就会发现周围的温度已经达到了数百万度。”

  “所以这是一个基本的问题,不仅驱动着我们对太阳的研究热情,也关于对宇宙中所有恒星的研究。因此我们这次要通过发射太阳探测器解决三个基本问题:太阳风的速度、太阳风暴现象的原理以及日冕层的温度为什么这么高。”

  约翰霍普金斯大学应用物理实验室的帕克太阳探测器项目科学家 Nicola Fox 表示,太阳探测器是迄今为止“最酷也最热的任务”。

  “在你真正近距离接触太阳之前,谁都无法真正回答这些问题。”她说。“为什么日冕层比太阳表面温度更高?这样的现象违背自然法则。就像水往高处流一样,这样的事情在我们的常规认知中是不应该发生的事情。为什么在这个领域,太阳的大气层突然如此充满能量,甚至可以摆脱太阳的控制,让所有的行星都沐浴在自己的光芒之下?这些问题,我们现在无法回答。”

  但帕克太阳探测器,就是为此而生。

  本周六,也就是美国东部时间凌晨 3 点 33 分(GMT-4),即北京时间 15 点 33 分,帕克太阳探测器会从卡纳维拉尔角空军基地的第 37 号发射台升空,根据天气预报来看,正常发射的概率为 70%.

  本次发射将使用推力极其强大的 Delta 4 重型发射器发射,这也是从 2004 年以来的第 10 次发射。它使用了 Northurp 公司的固态燃料,能够将帕克太阳探测器从地球 18 英里/秒的绕太阳轨道中释放出来,并且在 7 次重力协助下,执行这次为期七年的任务。

  “在飞越金星的过程中,可以帮助帕克太阳探测器重新进入轨道,最终使其飞进某个椭圆轨道,到达距离可见太阳表面 380 万英里的地方,这个点位于金星轨道的制高点。”

  从这个角度来看,如果将地球和太阳比作一个橄榄球场的两端,那么帕克探测器的位置相当于距离太阳最近的“四码线”上,和太阳距离最近。

  除了是第一个飞离恒星的航天器之外,帕克探测器也是速度最快的一个,它会以每小时 43 万英里的速度穿越太阳外日冕层。这个速度是什么概念,相当于从华盛顿起飞,不到 1 分钟的时间里就能到达东京。

  这些极端的情况要在帕克探测器到达轨道之后才会出现,而帕克探测器会在绕太阳飞行期间收集所有的数据,并且在发射三个月之后首次与太阳近距离进行接触。

  “在我们第一次飞越太阳的时候,距离太阳表面有 1500 多万英里,”Fox 表示。“而这个距离已经是之前最近距离的三分之一。宇宙飞船会在同一区域停留很多天,并且在第一次飞越时进行一些科学探索。”

  当日冕层在数百万度的环境下燃烧时,会形成一种非常脆弱的环境,而传送到宇宙飞船的热量也会少得多。即便如此,在最接近日冕层的时候,帕克探测器所拥有四英寸厚、160 磅重的碳复合隔热罩依然会受到大约 2500 华氏度的考验,这个温度比流动的岩浆还要高。

  在隔热罩的另一侧,是帕克探测器携带的四种主要仪器,所有关于飞行和其它关键系统部分的计算都在这里进行,而内部的温度大致会保持在相对凉爽的 85 华氏度左右。它配备的水冷太阳能电池板可以在隔热罩背面回收能量,并且仅仅只是那些暴露在阳光下的光线和能量。

  “打个比方,相当于我们将手放到了烤箱里面,但只要不接触到任何一个表面,就不会被灼伤。”Fox 说。“日冕本身是一种非常最弱的等离子体。想想那些撞击隔热罩并将热量储存起来的粒子数量,整个探测器会被加热到 2500 华氏度。我要再次强调,不要触碰‘烤箱’的四周,周围都是 300 万度的等离子体。”

  此次发射的探测器,以尤金-帕克(Eugene Parker)命名,他是一位来自于芝加哥大学的科学家,在 1958 年首次提出了“太阳风”的存在。现年 91 岁的帕克是唯一一个拥有太空飞船命名的在世科学家,此次发射他也会来到佛罗里达海岸,见证这个以他名字命名的太阳探测器发射。

  Fox 在最近的一次新闻发布会上表示:“由于这是一项未知领域的探索任务,因此我们必须做好出现意外的准备,包括我们从未想象过、也从未遇到过的事情。高温,特别是太阳耀斑和高频活动的时候,谁都无法预料究竟会发生什么。”

  帕克太阳探测器携带了四种仪器,通过这些仪器可以绘制出太阳的电场和磁场图,测量恒星大气层中的波浪和涡流,帮助科学家更好的了解磁场线的爆炸、断裂以及重新排列过程。

  帕克太阳探测器还配备了超广角成像仪,在航天器进入到日冕层之前,可以对日冕的尺度结构进行拍照,帮助科学家研究日冕物质的抛射、喷射以及其它现象。

  关于太阳风电子阿尔法粒子和质子的调查,会通过两种仪器来测量它们的速度、密度和温度。最后,对太阳的综合科学研究还要依赖于两种仪器测量粒子的能量,揭示它们的起源以及加速的原理。

  Fox 表示:“科学具有开创性的精神,并且要令人信服。这已经让很多科学家们感到困惑,甚至已经困惑了几十年。现在我们要通过这个任务,解开这些困惑。”