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美國國家航空航天局耗資15億美元研發的帕克太陽探測器,計劃於8月初發射升空前往太陽,開始為期7年的觀測任務。這將是第一個穿越日冕(太陽大氣最外層)的探測器,最終抵達距離太陽表麵僅610萬公裏的位置,是迄今為止人造航天器最接近太陽的地方。帕克探測器此行將幫助人類解答一些關於太陽懸而未決的重大問題。
揭秘 1 探測器麵臨怎樣的挑戰?
據美國國家航空航天局網站介紹,帕克探測器得名於美國天體物理學家尤金·帕克,這是美國國家航空航天局首次以還在世的科學家的名字給空間探測任務命名。帕克在1958年發現了太陽風的存在,即從太陽上層大氣射出的連續帶電粒子流。芝加哥大學研究創新國家實驗室副主任艾瑞克·伊薩克斯說:“這個發現從根本上改變了我們理解太陽、太陽風層和總體星際空間的方式。” 同年美國國家航空航天局成立,當時便把近距離探日作為目標任務之一。這意味著,帕克項目已經醞釀了60年。
人類通過探測器早已實現了對月球和火星的零距離探索,為什麼想靠近太陽這麼難呢?航天專家、中zhong國guo航hang天tian科ke工gong二er院yuan二er部bu研yan究jiu員yuan楊yang宇yu光guang在zai接jie受shou新xin京jing報bao記ji者zhe采cai訪fang時shi表biao示shi,克ke服fu引yin力li是shi近jin距ju離li觀guan測ce太tai陽yang的de最zui大da困kun難nan之zhi一yi,地di球qiu圍wei繞rao太tai陽yang轉zhuan動dong的de速su度du是shi30公裏/秒miao,一yi個ge航hang天tian器qi想xiang要yao接jie近jin太tai陽yang,必bi須xu減jian速su,這zhe個ge過guo程cheng將jiang耗hao費fei大da量liang能neng量liang。而er航hang天tian器qi攜xie帶dai的de燃ran料liao越yue多duo,有you效xiao載zai荷he就jiu越yue少shao,那na麼me就jiu很hen難nan完wan成cheng更geng多duo科ke學xue使shi命ming。所suo以yi這zhe個ge任ren務wu設she計ji非fei常chang複fu雜za,探tan測ce器qi需xu要yao借jie助zhu金jin星xing逐zhu漸jian減jian速su後hou再zai接jie近jin太tai陽yang。
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負責帕克項目的約翰霍普金斯應用物理實驗室科學家尼古拉·福克斯表示,“發送這樣前所未見的探測器是一項壯舉,把它送入那麼嚴酷的環境更是一項極具野心的壯舉。”
揭秘 2 探測器如何抵禦太陽高溫?
要解答這個問題,首先需要分清“熱量”和“溫度”這兩個不同的概念。美國約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的熱保護係統工程師貝奇·kangdengjieshi,suiranrimiancengneiwenduchaoguoyibaiwansheshidu,danshiqizhongdegaowendenglizitidemidubijiaoxishu,tanceqizailimianchuansuoshi,jinyujiaoshaoderekelixianghuzuoyong,jieshoudaodereliangshikekongde。tajulicheng,zheyoudianxiangbashoushenjinkaoxiang,suirankaoxiangneibuwendugaodayibaiduosheshidu,danshishoudewendubukenengbianchengyibaidu。
據美國國家航空航天局估算,航天器進入日冕層後外表將會被加熱到1400攝氏度左右,這仍是普通宇航材料無法直接應對的高溫,火山噴發的熔岩一般也就隻有700-1200攝氏度。為此,工程師為帕克探測器配備了尖端的熱保護係統,即一個厚度約為11.5厘米的防熱罩,其材料呈現三明治結構,外表是碳-碳複合物,裏麵夾著10厘米厚的碳泡沫。這種輕質材料外層還將塗上白色陶瓷塗料,盡可能多地反射熱量。經測試,該防熱罩可承受約1650攝氏度的溫度,探測器在其保護之下可保持約30攝氏度的涼爽。
不過,也有不得不在防熱罩之外運作的設備,比如用於測量太陽風離子和電子通量的傳感器——法拉第杯,研發團隊用鈦鋯鉬合金進行打造,熔點高達2349攝she氏shi度du。此ci外wai,太tai陽yang能neng電dian池chi陣zhen列lie也ye會hui有you一yi部bu分fen暴bao露lu在zai太tai陽yang強qiang光guang下xia,為wei此ci,太tai陽yang能neng電dian池chi板ban上shang布bu置zhi了le冷leng卻que係xi統tong,包bao括kuo防fang止zhi冷leng卻que劑ji凍dong結jie的de加jia熱re罐guan和he散san熱re器qi、用於表麵散熱的鋁散熱片,還有保持冷卻劑循環的泵。另外,防熱罩的陰影邊緣配備7個傳感器,自動校準探測器的路線和朝向,確保探測設備全程受到防熱罩的庇護。
揭秘 3 探測器將完成哪些任務?
美國國家航空航天局網站介紹,帕克探測器此行將繞太陽運行24圈,其間7次飛越金星,逐漸縮短圍繞太陽旋轉的軌道半徑。它將配備5台儀器,用於測量與取樣,主要肩負了解太陽的三大任務。
shouxian,tansuotaiyangfengshiraoriguancedezhongyaorenwu。taiyangfengsuiranwufarouyankejian,danqishinanbeiliangjichuxiandejiguangjiushitaiyangfengjinrudiqiucichanghouyinfade。ju《衛報》報道,太陽風接近地球時會使磁場發生變化,可能造成電網停電、無(wu)線(xian)電(dian)通(tong)訊(xun)受(shou)到(dao)幹(gan)擾(rao)等(deng)情(qing)況(kuang)。人(ren)們(men)目(mu)前(qian)對(dui)於(yu)太(tai)陽(yang)風(feng)吹(chui)向(xiang)地(di)球(qiu)的(de)機(ji)製(zhi)還(hai)不(bu)是(shi)很(hen)了(le)解(jie),美(mei)國(guo)國(guo)家(jia)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)局(ju)希(xi)望(wang)帕(pa)克(ke)探(tan)測(ce)器(qi)飛(fei)向(xiang)日(ri)冕(mian)層(ceng),觀(guan)測(ce)並(bing)記(ji)錄(lu)太(tai)陽(yang)風(feng)被(bei)加(jia)速(su)到(dao)超(chao)音(yin)速(su)的(de)過(guo)程(cheng),幫(bang)助(zhu)科(ke)學(xue)家(jia)預(yu)測(ce)太(tai)空(kong)天(tian)氣(qi)的(de)變(bian)化(hua)。中(zhong)國(guo)航(hang)天(tian)科(ke)工(gong)二(er)院(yuan)二(er)部(bu)研(yan)究(jiu)員(yuan)楊(yang)宇(yu)光(guang)表(biao)示(shi),預(yu)測(ce)太(tai)陽(yang)活(huo)動(dong)對(dui)人(ren)類(lei)極(ji)為(wei)重(zhong)要(yao),因(yin)為(wei)這(zhe)些(xie)活(huo)動(dong)會(hui)影(ying)響(xiang)地(di)球(qiu)電(dian)離(li)層(ceng)以(yi)及(ji)大(da)氣(qi)密(mi)度(du),與(yu)我(wo)們(men)日(ri)常(chang)生(sheng)活(huo)息(xi)息(xi)相(xiang)關(guan)。同(tong)時(shi),太(tai)陽(yang)活(huo)動(dong)還(hai)會(hui)對(dui)航(hang)天(tian)器(qi)產(chan)生(sheng)更(geng)加(jia)直(zhi)接(jie)的(de)影(ying)響(xiang)。
其qi次ci,帕pa克ke會hui嚐chang試shi解jie開kai日ri冕mian的de極ji端duan高gao溫wen之zhi謎mi。日ri冕mian層ceng是shi太tai陽yang大da氣qi的de最zui外wai層ceng,在zai日ri全quan食shi過guo程cheng中zhong,肉rou眼yan看kan到dao的de那na個ge光guang圈quan就jiu是shi日ri冕mian,其qi厚hou度du達da到dao幾ji百bai萬wan公gong裏li以yi上shang。太tai陽yang的de可ke見jian表biao麵mian的de溫wen度du大da約yue為wei5500攝she氏shi度du,但dan是shi日ri冕mian的de溫wen度du卻que超chao過guo百bai萬wan攝she氏shi度du,是shi前qian者zhe的de數shu百bai倍bei。日ri冕mian的de反fan常chang高gao溫wen從cong何he而er來lai一yi直zhi令ling科ke學xue家jia費fei解jie,因yin為wei太tai陽yang的de能neng量liang是shi來lai自zi其qi核he心xin的de。
最後,了解太陽高能粒子(SEP)加jia速su行xing進jin的de機ji製zhi也ye是shi任ren務wu之zhi一yi。太tai陽yang高gao能neng粒li子zi產chan生sheng於yu太tai陽yang耀yao斑ban和he日ri冕mian物wu質zhi拋pao射she,其qi速su度du可ke以yi達da到dao光guang速su的de一yi半ban。據ju中zhong國guo國guo家jia天tian文wen台tai,太tai陽yang高gao能neng粒li子zi不bu僅jin會hui對dui人ren造zao衛wei星xing的de電dian子zi設she備bei產chan生sheng幹gan擾rao和he損sun害hai,其qi輻fu射she還hai會hui危wei及ji宇yu航hang員yuan的de生sheng命ming安an全quan。帕pa克ke探tan測ce器qi此ci行xing將jiang探tan索suo是shi什shen麼me給gei太tai陽yang高gao能neng粒li子zi加jia速su。
盤點
全球多個國家積極籌備“探日”之旅
過guo去qu的de半ban個ge多duo世shi紀ji裏li,人ren類lei從cong未wei停ting止zhi對dui太tai陽yang的de探tan索suo,僅jin美mei國guo國guo家jia航hang空kong航hang天tian局ju此ci前qian就jiu已yi發fa射she過guo十shi多duo個ge太tai陽yang探tan測ce器qi,但dan是shi從cong未wei深shen入ru到dao日ri冕mian層ceng內nei部bu。至zhi今jin,距ju太tai陽yang最zui近jin的de一yi次ci飛fei行xing由you美mei國guo國guo家jia航hang空kong航hang天tian局ju在zai1976年發射的太陽神2號探測器完成。當時太陽神2號以每小時24萬公裏的時速在環日軌道上運行,距太陽表麵約4300萬公裏,以觀測太陽風以及日地間的宇宙射線。
而最近的一次探日任務始於3年前。美國國家海洋和大氣管理局與美國國家航空航天局聯合研發的“深空氣候觀測衛星”,於2015年2月攜帶若幹太陽和地球科研儀器發射升空,100tianhoudaodadiqiuyutaiyangzhijianyigewendingdelagelangridianguidao,muqianrengzaiyunxingzhong。juzhongguoqixiangjuwangzhanbaodao,zheshidiyigeyongyuzhenceyoutaiyangfachudicifengbaodeshentaikongzaoqiyujingxitong,keyigengjiakekaodiyucetaiyangfengbao。
除了美國國家航空航天局,全球很多國家也在積極籌備太陽探測活動。據BBC,歐洲航天局(ESA)將於今年10月發射耗資10億歐元的太陽軌道探測器,深入到距離太陽4200萬公裏處。探測器將對太陽大氣進行高精度的觀測,還會觀測太陽極區和太陽背麵。印度空間研究組織也在2017年宣布,將於2019年發射名為阿迪亞L1的太陽探測器,解決太陽物理學的一些長期問題。

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