人类新突破!帕克号探测器将在史无前例的位置研究太阳

4个月前,NASA官网上一篇《欢迎登船,去触碰太阳》的帖子异常火爆——人类第一颗飞入太阳的探测器帕克号即将升空,得到这张船票,我们就将与帕克号一起以70万KM/h速度冲向太阳,成为太阳的第一批旅客。

4个月后,2018年8月4日,帕克号太阳探测器将搭乘联合发射联盟的德尔塔IV重型火箭升空,人类第一次有机会飞入太阳大气层的最外层——人类从未涉足过的区域,正如项目负责人Thomas Zurbuchen所说:如果成功,这将是史无前例的一次壮举。

太阳散发着光和热,照耀地球,为我们带来白天黑夜和四季交替,甚至为高纬度地区带来梦幻般的极光场景,然而,时刻发生着核聚变反应的太阳表面实际上有着几千度(5770K)的高温,接近太阳意味着忍受高温下的极端条件。但实际上,虽然帕克号真的需要在极热条件下保证设备的正常工作,可能穿过温度高达数百万度的太阳附近区域并在离太阳表面650万千米位置进行科学探测,甚至可能“触摸”到日冕层物质,其只需要忍受1400摄氏度左右即可,理解它需要我们明晰热量和温度的概念:温度用来衡量粒子的移动速度,而热量衡量的是它们转移的能量总量。粒子快速移动(温度高)不意味着它们转移的能量多,尤其在太空条件下粒子密度极低的情况。所以,帕克号的防护罩只需要忍受1400度左右的温度。

但是!能忍受1431度温度的材料也真的很“黑科技”了。为了达到这一个目标,NASA的科学家们做出了开创性工作:他们做出了一个三明治隔热装置。上下两块“面包”是直径8英尺,由过热的碳-碳复合物组成的挡板,中间的“馅料”则是很轻的11.43CM厚的碳泡沫核心。隔热装置仅有160磅重,却能承受1371度的高温。

【中国星空摄影联盟】的科学记者Jeff就曾前往NASA亲身探秘航天器隔热装置的设计。详情请见:独家探秘NASA休斯顿总部,学习航天设计的那些事

其他的降温措施包括:每次靠近太阳时,太阳能电池板会缩到隔热罩的阴影中,以及一个为太阳能电池板和仪器专门设计的冷却系统。这个冷却系统不但能使电池板和仪器感觉不到高温,更能使它们感觉到凉爽,真的很强大了。

对于科学探索来说,一味的逃避最艰难的条件永远得不到最辉煌的成果。为了测量太阳风离子和电子通量以及流动角度,帕克号探测器上的一些设备将得不到防护罩防护,直面最难的挑战。于是,“法拉第杯”诞生了。它采用熔点为2349度的合金,产生磁场所用的芯片由钨制成(硅芯片已经被放弃了)。测试过程中,粒子加速器让法拉第杯暴露在辐射环境下,IMAX投影仪和加速器负责模拟太阳的能量,值得一提的是,它顺利通过了测试并表现超出预期。

帕克号与地球的传输需要经历8分钟的时间,这意味着如果工程师想要控制帕克号,必须在8分钟后才能将指令传到飞船。所以帕克号设计了自我保护系统,多个半个手机大小的传感器分布在隔热罩阴影的边缘,如果任一个感受到阳光,中央电脑便会收到提醒并调整帕克号方位,确保安全。

帕克号主要目的是在于研究热量和能量如何在日冕区域流动,以及太阳风和活跃太阳粒子的加速机制。事实上,帕克号名字的由来是Eugene Parker,他是这一研究领域的先驱。50多年前,Eugene Parker首次提出了恒星如何散发和传播能量的机制。比如说,他认为太阳散发光和热的能力是太阳大气中磁场,等离子体,太阳风等共同作用的结果,他的理论也很好解释了为什么最外面“日冕层”温度要远高于太阳表面温度。现如今,帕克号将带着人类最新的科技冲击太阳更深处蕴含的秘密,Eugene Parker将会看着它飞向太阳,在2024年的时候向人类传回1.5亿千米外的第一批数据。对于帕克来说,这是一件幸福的事情吧。

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