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飞向太阳的探测器,不怕被烤焦吗?

地理知识精选  · 公众号  · 地理  · 2018-10-27 08:00

正文


如果我们有机会靠近太阳,甚至去“触摸”太阳,将是怎样一种“让人沸腾”的体验呢?北京时间2018年8月11日15时33分,一位勇士—— 帕克号探测器 启程去感受来自太阳的炙烤。


飞往太阳的探测器——帕克号。 图片来源:NASA

去吧,帕克号!


帕克号探测器是NASA (美国国家航空航天局 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-)。

尤金·帕克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。图片来源:Janandd/Wikipedia


为了能够顺利“触吻”太阳,帕克需要放慢速度,借助金星的引力,减速进入环绕太阳更近的轨道。 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。 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重型火箭来实现足够的减速。(点击 回顾: 最强弹弓,射穿半个太阳系!


引力弹弓又称重力助推, 利用 行星 或其他 天体(灰色大球) 的相对运动和 引力 改变 飞行器(蓝色小球) 轨道 速度(该图示意减速过程)。图片来源:Y tambe/Wikipedia


当最靠近太阳的时候,帕克号将成为 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


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


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,甚至已经进入了太阳的最外层—— 日冕层 的高度了。


帕克号会被烤焦吗?


想和太阳“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。


帕克号“轻触”太阳的假想图。图片来源:NASA


首先是温度的考验 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。 如何 散热和隔热 ,是帕克号面临的头等考验。


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。 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位置。


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。


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。 一些跑偏的高能粒子会和高层大气层摩擦,制造出奇幻绚烂的极光。 图片来源:NASA

而帕克号却将会 直接暴露在日冕层高能的太阳风 之中,那里的辐射将有可能会对探测器的电路造成不可逆转的损坏。 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。


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。







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