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“摸一摸”太阳,已不仅仅是梦想!人类首次成功发射进入太阳外层大气的探测器
2018-8-13 2:31:00           作者: 综合

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▲“帕克”太阳探测器艺术画(来源:NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben)

北京时间8月12日15:31(美国东部时间8月12日03:31),美国航天局在卡纳维拉尔角37号发射台利用德尔塔4重型(Delta IV Heavy)火箭将“帕克”太阳探测器发射升空,开启了一项人类从未尝试过的任务——触摸太阳。

昨天由于氮气容器压力警报,“帕克”延迟了24小时升空,今天它终于踏上了伟大的科学之旅。“帕克”探测器一方面有望揭开太阳风神秘面纱,另一方面人类终于可以自豪地说“太阳系内所有类型的天体,我们都已到过了!”

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▲搭载“帕克”探测器的德尔塔4重型火箭起飞瞬间(来源:NASA)

太阳迄今还是一个谜

太阳,是整个太阳系能量的来源,养育了地球的芸芸众生。单靠人类肉眼,大部分时间里我们都不敢正视太阳,即便使用一些合适的设备,我们看到的太阳也只是一个明亮的圆盘,而事实上太阳远比我们所见到的复杂得多。

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▲2017年8月21日美国日全食(来源:NASA’s Goddard Space Flight Center/Gopalswamy)

太阳核心温度高达约1500万℃,其内部究竟是什么样?目前,科学家恐怕还只能依靠科学工具去想象。那么外层结构是否能看清呢?太阳的大气从内到外可以分为三个层次,光球层、色球层和日冕,事实上我们通常看到的仅仅是最底部光球层,温度也高达5800℃。只有当我们置身日全食的阴影下,光球层和日冕才能为我们肉眼所见。

太阳是一颗活跃的恒星,每时每刻都在向外喷射光,还有带电粒子,这被科学家称为“太阳风”。太阳风看不见、摸不着,但影响却极为广泛,即便在冥王星轨道之外,依然能明显感觉到它的存在。

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▲太阳风效果图(来源:NASA’s Goddard Space Flight Center)

地球上所观测到的日冕,一定程度上呈现了太阳风的样子。然而,日冕也恰恰是太阳上最为神秘的区域之一。由于夹杂着大量的带电粒子,使得远离太阳核心的日冕,反而温度高达上百万摄氏度。

派使者“触摸”太阳

太阳既然如此神秘,人类可否派一个“代表”去摸一摸太阳?“帕克”就是这样一位人类派往太阳的使者。

它的命名来自著名太阳物理学家尤金·帕克,他曾在1958年率先预言了太阳风存在,这也是NASA第一次以在世科学家名字命名一个探测器。

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▲日冕模拟动画(来源:NASA’s Goddard Space Flight Center/Lisa Poje/Genna Duberstein)

“帕克”并不是人类第一个太阳探测器,但是第一个准备触摸太阳的探测器。当然这个触摸并不是在太阳表面“着陆”,而是走到离太阳尽可能近的地方,进入太阳的外层大气日冕中,即距离太阳表面只有600万公里的地方。

去往太阳必须要解决隔热问题,材料科学的进步让“触摸太阳”变成可能。工程师为“帕克”设计了一套由碳复合泡沫材料制成的特殊盾牌——直径约8英尺(约2.3米)厚达4.5英寸(约114毫米)的防热罩,这让“帕克”在超过1400℃的环境中依然保持30℃的“体温”。除此以外,飞船上还有一套精密的水循环系统,只需要一瓶子矿泉水就能让飞船有效降温。

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▲搭载“帕克”探测器的德尔塔4重型火箭起飞瞬间(来源:NASA)

“帕克”探测器上主要搭载了4件科学仪器。第一台是广角相机WISPR,将在飞越太阳时进行拍照,近距离地观察日珥等太阳活动。第二件设备叫FIELD,专注于观察太阳大气的电磁场,帮助科学家研究它与高能等离子体如何相互作用,从而向周围释放太阳风。第三件设备是太阳风电子、α粒子和质子探测仪SWEAP,将对太阳风中的粒子进行取样,测量诸如速度、温度这些信息。还有一台是综合科学探测仪IS?IS,希望找出太阳风速度如此之快的原因。

可见,“帕克”探测器的目标直指太阳风。太阳风对地球周围空间天气起决定性作用,而空间天气不仅对人造卫星,对人类太空活动有直接影响,也会对地面无线电通信(尤其是短波)产生直接影响,甚至是地面电力设施。

前往太阳的旅程也并非如形象中那么容易。“帕克”的工作轨道是个很大的椭圆,近日点在距离太阳几百万公里的地方,远日点则在金星轨道附近,这样做也是为了延长探测器寿命,并且可以研究与太阳不同距离的太阳风的情况。

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▲“帕克”接受太阳高能粒子“洗礼”的艺术想象画(来源:NASA’s Goddard Space Flight Center)

根据计划,“帕克”将持续工作7年时间,总耗资约15亿美元。太阳现在正处于活动宁静期,如此以来“帕克”可以撑到下一个太阳的活跃期,这样建立起很好的前后对照,有助于我们全面了解太阳风的变化规律。

“探测太阳”中国卫星加紧研制

解开太阳的奥秘,中国科学家也不甘落后。今年7月4日,中国科学院在北京怀柔科学城宣布 启动的“空间科学(二期)” 战略性先导科技专项,就瞄准了宇宙和生命起源与演化、太阳系与人类的关系两大科学前沿,其中有一些项目将在太阳磁场与爆发的关系、太阳风-磁层相互作用规律等方向开展卫星研制。

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▲太阳风-磁层相互作用全景成像卫星(SMILE)

比如,列入专项的先进天基太阳天文台(ASO-S)是我国首颗空间太阳专用观测卫星,将揭示太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射(一磁两暴)的形成及相互关系。而太阳风-磁层相互作用全景成像卫星(SMILE)则由中欧科学家联合提出和研制,将可对向阳侧磁层顶、极尖区和地球极光进行全景成像,同时对地磁场和等离子体进行原位测量,提高人类对太阳活动与地球磁场变化相互关系的认知。

“空间科学(二期)”先导专项负责人、中国科学院国家空间科学中心主任王赤介绍,这些专项将聚集国内优秀科学家和工程团队,持续探索太阳的奥秘,为我国在该领域早日跻身世界先进行列,做出不可替代的历史性贡献。

责任编辑: 蔚 蓝 文章来源:
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