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勇士逐日:迄今最接近太阳“帕克”探测器即将

2018-08-11 10:36 发布 | 来源:新浪科技 | 作者:新浪科技 | 人浏览

帕克太阳探测器示意图

  新浪科技讯,北京时间8月11日消息:有谁没见过太阳的?举手。应该没有吧。我们每个人从很小的时候就知道了太阳的存在,我们每个人也能在天空中准确地找到太阳的位置。但是,你了解太阳吗?认为自己了解太阳的,请举手。

  首次“触摸”太阳

  原则上讲,全世界都没有人敢在这里举手。因为对于太阳,这颗距离地球最近的恒星,我们还有太多太多的问题没有弄明白。这颗恒星,如此熟悉,又如此陌生。

  但人类探索的脚步从来不会停止。就在今天(2018年8月11日),将注定会被载入太阳探测的历史。这一天,美国宇航局将发射“帕克”太阳探测器(Parker Solar Probe),这将是人类首次直接“触摸”太阳。这艘飞船在最近的时候,距离太阳表面只有大约600万公里,相比之下,距离太阳最近,处于太阳高温炙烤下的水星,到太阳的平均距离也有将近5800万公里!在如此近的距离上,“帕克”太阳探测器将直接从太阳的外层大气层中穿过!

正在进行测试的帕克太阳探测器

  在此之前,人类的探测器已经飞向太阳系各处,我们的无人飞船已经造访全部8大行星,彗星,矮行星,小行星,卫星;但我们从未抵达太阳。原因显而易见,太阳太热了!

  在“帕克”太阳探测器之前,人类已经发射了多颗太阳探测卫星,但是这些卫星更多是在地球轨道上对太阳开展观测。

  整个“帕克”太阳探测器项目耗资大约15亿美元,项目将持续到2025年之后。这颗探测器本身并不特别显眼:高度大约3米,直径大约1米。它前面顶着一块2.3米直径,厚度仅有11.43厘米的先进碳-碳复合材料隔热罩,所有仪器设备都“躲”在这个隔热罩的后方。

  这个隔热罩正是“帕克”太阳探测器能否成功的关键所在。隔着厚度仅11厘米多的隔热罩,外侧超过1000摄氏度的高温炙烤,而在隔热罩的背后,仪器舱的温度却仍然可以保持在30摄氏度以下;另外,帕克探测器拥有自主姿态调整能力,它机身的四周安装了许多光照传感器,这些传感器的任务是感知阳光的照射,如果有某个方向上的传感器感知到自己暴露于阳光下,就说明自己热防护罩的朝向出现了问题,飞船将自动修正这一误差,确保始终将隔热罩对准太阳;除此之外,帕克探测器还拥有水冷循环系统,通过冷却水的来回循环,对机身进行降温,确保所有设备能够在接近室温的条件下正常工作。

  科学任务

  “帕克”太阳探测器将搭载先进的科学载荷,对几个关键的太阳研究领域课题进行深入调查,其中最首要,最核心的问题包括:日冕的加热机制。日冕是太阳的最外层稀薄大气,但它却引起了科学界强烈的关注。这也是太阳的一个未解之谜。

  按照常理来说,太阳能量源自其核心的核聚变反应,那么理所应当,距离核心越远,温度应该越低才对。可是实际情况却与我们所想象的大相径庭。日冕,作为最远离太阳的稀薄大气层部分,其温度甚至要比太阳表面更高,而且不是高一点点。太阳表面(也就是光球层表面)的温度大约是6000摄氏度左右,而日冕层的温度竟然高达数百万摄氏度!

帕克太阳探测器轨道示意图。红色为帕克太阳探测器轨道,其余为各大行星轨道,中间是太阳

  关于这个神奇的现象,科学界已经有不少不错的理论,但到目前为止还仍然没有一个能够被主流科学界普遍认可的理论。我们能够确定的一点是,在太阳大气中肯定存在一种使其加热的机制。但它究竟是怎样实现对日冕的这种加热的?帕克太阳探测器将尝试解开这个谜团。

  另外,在日冕层上还会产生太阳风。这是一种高速向外扩散的高能带电粒子流,它们一路狂奔,速度可以达到700公里/秒以上的惊人速度,范围一直延伸到冥王星轨道之外。太阳风是“帕克”探测器本次任务的重点关注对象,这是因为这种现象非常重要,可以说它帮助塑造了今天我们所看到的太阳系。事实上,太阳系的边界在某种意义上就是以太阳风抵达的最远处来定义的。

  没人知道究竟是什么机制加速了太阳风,使其能够具备如此惊人的高速度。要想弄清楚这个问题,最好的办法就是直接抵达产生太阳风的源头去一探究竟。“帕克”探测器就将执行这样的任务。

  为了实现这些探测目标,在帕克探测器上搭载了一台广角成像仪(WISPR),它将拍摄沿途飞过区域的图像。这将帮助科学家们对其他设备获得的数据进行图像校准,并对一些现象,比如耀斑爆发等进行监测;

  另外还有一台设备被称作“FIELDS”,这是一台太阳电磁场监测设备,其能够对太阳大气中的电场和磁场进行探测,帮助科学家们了解其如何与组成太阳的等离子体物质,以及太阳风之间发生相互作用;

  “帕克”探测器携带的另外两台设备重点用于对太阳风的探测。其中第一组设备叫做“太阳风电子,阿尔法粒子与质子”(SWEAP),顾名思义,这台设备将对构成太阳风的这些主要粒子的速度和温度等参数进行测量;第二组设备叫做“太阳整合科学探测仪”(IS☉IS),这台设备则将试图揭开太阳风被加速的谜团。

  复杂轨道

  帕克探测器的轨道在7年的任务期间,包含有多达7次的金星飞掠,计划围绕太阳运行24圈,每一圈都会比上一圈更加接近太阳。在最接近太阳的时候,其距离太阳表面将不到8.86倍太阳半径,或620万公里,相比之下,离太阳最近的水星的平均距离是5700多万公里。在飞到离太阳最近时,帕克探测器的飞行速度将超过每小时70万公里,成为有史以来飞行速度最快的飞行器,超过目前的纪录保持者三倍以上。这样做也可以尽可能减少飞船在特别接近太阳的位置上的停留时间,以避免飞船受到剧烈高温和强烈辐射的破坏。

  然而,这一轨道设计将需要大量能量,因此,发射帕克探测器需要使用强大的火箭。这也是为何今天的发射将使用德尔塔-IV重型火箭再加STAR 48BV固推上面级。

帕克太阳探测器整装待发!

  太阳的一举一动会对地球产生显著影响。除了太阳风之外,还有太阳耀斑,日冕物质抛射和黑子等等,都会对空间天气产生这样或那样的影响,进而影响到我们的生活。

  空间天气当然包括美丽的极光,但并非所有空间天气都那么美好。当太阳活动加剧,高能带电粒子可能会对通讯与导航卫星系统构成严重影响,并危害在轨道上工作的宇航员,甚至对地面上的高压输电网等基础设施造成破坏。

  要想更加准确地掌握乃至预测空间天气的变化,就必须了解它的源头:太阳。科学家们希望,帕克探测器采集的数据将帮助科学家们更好地做到这一点,从而减少因为灾害性空间天气所造成的损失。

  当前,太阳活动正处于低潮期,太阳正接近其11年活动周期内的平静期。但只要再过几年,情况就会发生变化,届时太阳的活动强度将重新开始上升。而帕克探测器预计将工作到2025年之后,这种长寿命将极大有利于探测器对太阳从平静向活跃的全周期情况进行完整掌握,太阳物理学界届时将从中受益颇多。

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