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奔向太阳

2018-12-22

小学科学 2018年10期
关键词:日冕太阳风帕克

美国东部时间2018年8月12日,美国国家航空航天局使用德尔塔-4型火箭,成功发射了一枚划时代的探测器——帕克号太阳探测器。从这一天开始,这枚探测器将在宇宙空间中长途跋涉7年,展开漫长的逐日之旅。这次探日,将是人造航天器最接近太阳的一次,它将与太阳进行怎样的亲密接触呢?

太阳风之父的名字

帕克探测器的名字,来自一位已故的天文学家尤金·帕克,他在20世纪50年代提出了太阳风理论,这个理论是这次帕克探测器探日的重要课题之一。

太阳风是太阳吹出的粒子流,它的加热、加速与日冕的加热等现象联系在一起,是空间物理的重大课题之一。当然,帕克并不是第一个提出太阳风存在的人,早在20世纪初,挪威的科学家伯克兰就提出了这一假想。后来,德国科学家比尔曼利用彗星的彗尾轨迹方向,推测出太阳风的运动速度在500~1500千米/秒。

帕克是最早提出太阳风的本质是太阳微粒构成的粒子流,并在1958年第一次提出这种概念时,将之称为“太阳风”。因此,帕克被称作“太阳风之父”。而这一次,帕克探测器需要验证帕克及其他科学家对太阳风的推测和计算是否正确。

近点,再近点

帕克探测器并不是人类发射的第一个太阳探测器。在此之前,人类共发射过15个太阳探测器,而最逼近太阳的一个,是1976年德国发射的“太阳神2号”,距离太阳4345万千米。这一次如果顺利的话,帕克探测器将飞行到距离太阳611万千米的超近距离,比“太阳神2号”近7倍!

也许你觉得611万千米很远,但对于帕克探测器来说,这几乎已经等于是“贴”到太阳上了。太阳的结构从内向外分为核心、辐射区、对流层、光球层、色球层、日冕层,而后面三层构成了太阳的大气层,帕克正是要进入太阳的大气层范围。即便是最外层的日冕层的底层边界,温度也能达到100万~200万摄氏度!

所以,帕克面对的高温、高辐射的危险比任何人类航天器都要大得多,它能扛得住吗?

这个热,必须扛住

为了应对太阳表面的超级高温,让探测器上的仪器能正常工作,研究人员进行了精确计算,花费了大量时间和金钱来研发超级耐热装备。

探测器的发射重量为646千克,在如此轻量级的机体上,大量使用了耐高温的复合材料。探测器外被11.4厘米厚的轻质碳复合材料防热罩保护,表面涂有白色陶瓷涂料,能反射尽可能多的阳光。据计算,帕克探测器进入日冕后,面向太阳的那一面将升温到约1400摄氏度,而有了这层保护罩,探测器内部的温度可维持在30摄氏度左右,足以保障机内携带的仪器正常工作。

除此以外,帕克号上搭载的众多科学仪器,也都进行了耐热设计,一些仪器的关键零件甚至使用能耐2349摄氏度高温的钼合金材料。现在,是不是觉得稍微放心一点了?

搭载探测仪器

为了完成探索太阳风的速度、观察太阳风暴原理和了解日冕层的温度为何如此高,帕克探测器搭载了几种仪器。

第一种,是记录太阳风中粒子速度、密度和温度等数据的“太阳风电子、阿尔法射线和质子探测器”,这种仪器要捕捉太阳风中的带电粒子。第二种,是太阳电磁场监测设备,能够对太阳大气层中的电场和磁场进行探测。第三种,是用来为日冕拍照的宽视场成像仪,它将拍摄沿途飞过区域的图像,帮助研究人员对其他设备获得的数据进行图像校准,并对太阳耀斑爆发进行监测。还有一种,是“太阳综合科学研究仪”,用来测量太阳风粒子能量及种类,帮助科学家探究太阳风加速的谜团。

为了尽可能快地让帕克探测器抵达太阳,工程人员将它的速度一再提升。目前,帕克探测器是人类有史以来制造的最快的航天器,它将借用金星的引力为自己加速,以时速69万千米的速度逼近太阳。这是什么概念?相当于在不到一分钟时间里,从美国纽约飞到北京!不管怎么说,帕克刚刚升空,让我们祝福它,平安度过寂寞的7年時光,早日给地球传回有价值的科研数据吧!

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