今天,这位勇士将以极速触吻太阳,圆个“追风梦”!

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  作者:鸑鷟鹓鶵

  编辑:小柒

  在炎炎夏日里,人们都深切感受到了被太阳支配的恐惧。大家都在尽可能地躲“太阳”,待在空调房里不愿意出来。很难现象,如果我们更加靠近太阳,甚至去“触摸”太阳,在、会是一种什么样的一种“让人沸腾”的体验……

  而就在今天——2018年8月11日15:48(北京时间),有一位勇士站了出来,即将去感受太阳的炙烤。它就是一艘飞往太阳的探测器——帕克号。

  

  帕克太阳探测器——轻触太阳行动。图片来源:parkersolarprobe

  

  去吧,帕克号!去拥抱太阳!

  

  帕克号探测器是NASA第一次使用在世的人物命名的探测器。它来源于一位长寿的天体物理学家尤金·帕克(Eugene Parker,1927-)。他提出了超音速太阳风理论,并预测出了帕克螺旋形的太阳磁场,对太阳、太阳风和太阳能量的理论做出了杰出贡献。

  

  天体物理学家尤金·帕克。图片来源:wikipedia

  由于太阳引力势能的缘故,它以高速接近太阳时会被“甩远”,因此,想要“触吻”到太阳,它还需要“刹车减速”。为了达成“史上最靠近太阳”的成就,工程师们选用了项目成立时美国运载能力最强的德尔塔4重型火箭(后来被猎鹰重型打破记录)来实现足够的减速。

  除了强有力的火箭,帕克号的一生中将进行7次金星飞掠,用引力弹弓的方式降低自己的速度和轨道,而当最靠近太阳的时候,帕克号也将成为有史以来速度最快的人造设备,预计其近日点时最快的速度将高达200km/s,相当于只用一秒钟就可以从上海抵达杭州。

  

  图:帕克号飞向太阳的轨道(红色),蓝色为地球、金星、实行的轨道。来源:NASA

  帕克号“就位后”,究竟会离太阳多近呢?我们先来看看之前卫星的表现吧!

  在此之前,人类发射过8颗太阳探测器,但绝大多数的聚集在日地拉格朗日点L1附近。这个点比地球到太阳的距离只近150万千米,在这个位置上,探测器只比地球离太阳近了1%。

  当前距离太阳最近的一次探测是4600万千米,由上个世纪70年代年发射的“太阳神”号双子星探测器实现的,这个距离比日地距离的三分之一更近一点。

  而这一次的帕克号,离太阳表面最近的距离将减小到620万千米,是地球距离太阳最近距离的1/21,只有太阳半径的9.86倍,甚至已经进入了太阳的最外层——日冕层的高度了。

  日冕层是太阳的最外层,从太阳的色球层向外延伸数百万千米。千万不要以为太阳最外层相对凉爽一些——恰恰相反,太阳其实是一个外焦里嫩的大火球,离太阳中心很近的光球层,温度只有5800℃左右,然而距离太阳中心几百万千米的日冕,温度却可以高达数百万摄氏度

  幸运的是,日冕层相对稀薄,这样极端的高温仅仅集中在少数一些日冕层的高能粒子中。这才使得“帕克”号有可能安然无恙的穿梭于日冕层中,避免被烤焦的命运。

  

  图:帕克号“轻触”太阳的假想图。来源:NASA

  

  如此“炙烤”,帕克号会被晒化吗?

  

  想和炽热的太阳“亲密接触”,可不是件容易的事儿。 帕克号的“探日之旅”需要面对两个前所未有的巨大挑战:

  首先是温度的考验

  探测器并不畏惧严寒(已经有多艘探测器在零下200多度的宇宙深空中漂泊),却难以承受酷暑。从能量转换角度来解释,物体可以轻易地把其他能量转换成内能(比如发热取暖),却难以把内能轻易地转换为别的能量。而根据科学家们的事前推算和估计,在近日点的时候,探测器朝向太阳一侧的外表面的温度最高可达1400℃,即便像钢和铜这些金属在这一温度下都会变得和水一样柔弱。

  因此,如何散热和隔热,是帕克号面临的头等考验。这也是为什么历史上的金星着陆活动全部都十分短命的一个重要原因——金星的地表平均温度仅仅是达到了462℃,探测器便难以长时间承受,所有最终登陆金星的探测器,都只能在地表苟延残喘十余分钟。而帕克号所需要面对的,则是1400℃的炙烤。

  

  帕克号所需要面对的是1400℃的炙烤。图片来源:pixabay

  为了保护帕克号,科学家们在它朝向太阳的一侧使用了厚达11.4cm的碳基复合隔热材料,还使用了加压的高纯净水进行冷却降温——是的,你没有看错,用的是水。工程师们尝试了各式各样的不同液体,最终还是选择了水。

  我们在物理课上就学过,水的比热容要远远大于其他液体,而加压的水沸点会更高,因此相对于其他液体,加压的高纯净水可以带走更多的热量。

  此外,为防止帕克号被“烤熟”,它并不会长期待在特别接近太阳的位置,而是定期绕到大约在金星轨道的距离的位置。这样的策略使得帕克号既可以“高温作业”,又有机会避暑,可以说非常“人性化”了!

  此外,“帕克”号还进行了很多细节上的优化——如使用了两套不同的太阳能帆板进行切换,在距离太阳小于375万千米的空间里,将使用带冷却系统的特制太阳能帆板。这些细节可以避免“帕克”号中的任何一个部位发生“中暑”。

  其次是来自太阳的各类辐射

  太阳的日冕层无时不刻都在“刮着”带着高辐射的太阳风。帕克号将深入太阳风的发源地探访太阳风的秘密,同时也将经受比之前所有的探测器更高能的辐射考验

  地球上的我们,不用担心太阳风的影响和危害——因为有地球磁场的保护,大多数吹向地球的太阳风或者其他高能粒子都被地球磁场带歪了,很难到达地面。

  

  图:一些跑偏的高能粒子,会和高层大气层摩擦,出现奇幻绚烂的极光。来源:NASA

  而帕克号却将会直接暴露在日冕层高能的太阳风之中,那里的高能粒子的温度可达几百万摄氏度,其聚集能量之大可想而知。这些辐射将有可能会对探测器的电路造成不可逆转的损坏。

  除了这些高能粒子,太阳还会时不时“闹情绪”,产生日珥、太阳耀斑、日冕物质抛射等多种剧烈的能量爆发,这些爆发会在极短时间内释放巨大的能量,产生比平时更剧烈的太阳风。这些太阳能量爆发的强度有时甚至会毁坏地球轨道上的卫星,以及地面的电子设备。

  科学家们为此给帕克号使用了耐辐射等级更高的芯片,但它仍将面临巨大的挑战。

  

  图:帕克号探测器的科学仪器。来源:NASA

  

  帕克的“追风之梦”

  

  你或许会问,为什么帕克号要如此费尽周折深入虎穴“太阳穴”呢?

  长期以来,人们只能远远的看着太阳,观察太阳上丰富的活动。但受限于距离过于遥远,类似太阳日冕层的磁场分布,太阳风加速的方式等很多细节都无法获知,因此产生很多困扰了科学家们多年的问题,为了解决这些谜团,就需要这样一艘深入太阳“风口浪尖”的探测器。

  帕克号就此挺身而出担此重任,前往曾经难以接近的日冕层,帮助我们揭开更多“太阳未解之谜”。

  “帕克”号此行怀抱四个“追风梦”:

  

  1.探索太阳风源头磁场的结构和动力学;

  2.跟踪加热日冕和加速太阳风的能量源;

  3.探索太阳风高能粒子加速和“起风”的方式;

  4.探索太阳附近的等离子体灰尘现象及其对太阳风和高能粒子形成的影响;

  

  这些目标中有一个非常重合的目标,那就是探测太阳风。太阳风起源于“帕克”号将要抵临的日冕层,可谓是追随太阳风的脚步,沿着起风的方向,一路回溯源头,宛如一个探索起风奥秘的“追风少年”。

  由于帕克号探测器的通讯技术也比以前的深空探测探测器技高一筹:它的回传速率高达167kb/s,比大部分的深空探测器的回传速率(1.67kb/s左右)快了近100倍!虽然这个速率完全不能和地球上的玩家媲美,但已经可以让我们在能够快速浏览1.4亿千米外发来的照片。已经迫不及待,想要到它拍下的太阳“近照”了!

  

  尾 声

  

  太阳无时不刻在影响着人类及我们赖以生存的地球,它不光给我们带来光和热,也可能带来一些潜在的危害(如太阳磁场活动会干扰和破坏我们的通讯设备)。

  太阳对我们的影响如此巨大,但我们对它的了解却远远不够。今天,就让我们为帕克号饯行!期待它的勇往直前,为我们带回更多太阳的奥秘。

  排版:小爽

  题图来源:NASA

特别声明:本文为网易自媒体平台“网易号”作者上传并发布,仅代表该作者观点。网易仅提供信息发布平台。

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