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人類首個“觸日”之旅三大看點(diǎn)

2018年08月12日 20:32 | 作者:周舟 | 來源:新華社
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新華社華盛頓8月12日電新聞分析:人類首個“觸日”之旅三大看點(diǎn)

新華社記者周舟

萬物生長靠太陽,但太陽是我們“最熟悉的陌生人”,對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?又會帶來哪些新發(fā)現(xiàn)呢?

最快最近首“觸日”

首先從“帕克”自身談起,這個探測器重約635千克,大小如同一輛小汽車。美國航天局指出,這個探測器“相對較輕”,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,一小時就能飛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。這個行星,就是金星。“帕克”將7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“帕克”距太陽只有36個太陽半徑的距離,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個太陽半徑的距離。這意味著探測器進(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)”?!鞍柗尹c(diǎn)”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(diǎn)”之下的情況?!芭量恕表?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器是德美兩國共同研制的“太陽神2號”,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”探測器上也有設(shè)備沒有躲在防熱罩后,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(diǎn)高達(dá)2349攝氏度,而為它產(chǎn)生電場的芯片由鎢制成,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”探測器上還有多個高溫保護(hù)機(jī)制。比如,研究人員在防熱罩陰影的邊緣安裝了多個傳感器,一旦某個傳感器探測到陽光,便會通知中央電腦,“帕克”探測器隨即自動糾正姿態(tài),確保內(nèi)部儀器安全。

四大儀器解謎題

費(fèi)盡心機(jī)探測太陽,并非只是滿足“奔日”夢想,人們對太陽的了解還遠(yuǎn)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,日冕溫度遠(yuǎn)高于太陽表面,這也是一個謎。

為回答這些問題,“帕克”探測器搭載了四大儀器,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。

美國航天局說,“帕克”探測器將在日冕層展開近距離觀測,希望能“革命性改變對太陽的認(rèn)識”。同時,這項(xiàng)任務(wù)也將增進(jìn)對其他恒星的認(rèn)識,并有助更準(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學(xué)到一些新東西?!保ㄍ辏?/p>

編輯:周佳佳

關(guān)鍵詞:太陽 帕克 探測器 日冕

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