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帕克探测器发射在即 将最近距离“探日”
2020-03-03 02:25:07  来源:  

南京期货开户  帕克探测器发射在即 将最近距离“探日”

  是第一个穿越日冕的探测器,肩负着探索太阳风、了解太阳高能粒子加速行进机制等任务

  美国国家航空航天局(NASA)耗资15亿美元研发的帕克太阳探测器,计划于8月初发射升空前往太阳,开始为期7年的观测任务。这将是第一个穿越日冕(太阳大气最外层)的探测器,最终抵达距离太阳表面仅610万公里的位置,是迄今为止人造航天器最接近太阳的地方。帕克探测器此行将帮助人类解答一些配资公司 太阳悬而未决的重大问题。

  揭秘 1 探测器面临怎样的挑战?

南京期货开户  据NASA配资官方网 介绍,帕克探测器得名于美国天体物理学家尤金·帕克,这是NASA首次以还在世的科学家的名字给空间探测任务命名。帕克在1958年发现了太阳风的存在,即从太阳上层大气射出的连续带电粒子流。芝加哥大学研究创新国家实验室副主任艾瑞克·伊萨克斯说:“这个发现从根本上改变了我们理解太阳、太阳风层和总体星际空间的方式。” 同年NASA成立,当时便把近距离探日作为目标任务之一。这意味着,帕克项目已经酝酿了60年。

南京期货开户  人类通过探测器早已实现了对月球和火星的零距离探索,为什么想靠近太阳这么难呢?航天专家、中国航天科工二院二部研究员杨宇光在接受新京报记者采访时表示,克服引力是近距离观测太阳的最大困难之一,地球围绕太阳转动的速度是30公里/秒,一个航天器想要接近太阳,必须减速,这个过程将耗费大量能量。而航天器携带的燃料越多,有效载荷就越少,那么就很难完成更多科学使命。所以这个任务设计非常复杂,探测器需要借助金星逐渐减速后再接近太阳。

  另外一个难点则是百万摄氏度的高温环境。目前科学家对于探测器抵达的位置环境只有相关推测,还没有很准确的把握,当中存在许多不确定性。换句话说,这次任务是试探性的,能不能成功还很难说。

  负责帕克项目的约翰霍普金斯应用物理实验室科学家尼古拉·福克斯表示,“发送这样前所未见的探测器是一项壮举,把它送入那么严酷的环境更是一项极具野心的壮举。”

  揭秘 2 探测器如何抵御太阳高温?

  要解答这个问题,首先需要分清“热量”和“温度”这两个不同的概念。美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的热保护系统工程师贝奇·康登解释,虽然日冕层内温度超过一百万摄氏度,但是其中的高温等离子体的密度比较稀疏,探测器在里面穿梭时,仅与较少的热颗粒相互作用,接受到的热量是可控的。他举例称,这有点像把手伸进烤箱,虽然烤箱内部温度高达一百多摄氏度,但是手的温度不可能变成一百度。

  据NASA估算,航天器进入日冕层后外表将会被加热到1400摄氏度左右,这仍是普通宇航材料无法直接应对的高温,火山喷发的熔岩一般也就只有700-1200摄氏度。为此,工程师为帕克探测器配备了尖端的热保护系统,即一个厚度约为11.5厘米的防热罩,其材料呈现三明治结构,外表是碳-碳复合物,里面夹着10厘米厚的碳泡沫。这种轻质材料外层还将涂上白色陶瓷涂料,尽可能多地反射热量。经测试,该防热罩可承受约1650摄氏度的温度,探测器在其保护之下可保持约30摄氏度的凉爽。

  不过,也有不得不在防热罩之外运作的设备,比如用于测量太阳风离子和电子通量的传感器——法拉第杯,研发团队用钛锆钼合金进行打造,熔点高达2349摄氏度。此外,太阳能电池阵列也会有一部分暴露在太阳强光下,为此,太阳能电池板上布置了冷却系统,包括防止冷却剂冻结的加热罐和散热器、用于表面散热的铝散热片,还有保持冷却剂循环的泵。另外,防热罩的阴影边缘配备7个传感器,自动校准探测器的路线和朝向,确保探测设备全程受到防热罩的庇护。

  揭秘 3 探测器将完成哪些任务?

南京期货开户  NASA配资官方网 介绍,帕克探测器此行将绕太阳运行24圈,其间7次飞越金星,逐渐缩短围绕太阳旋转的轨道半径。它将配备5台仪器,用于测量与取样,主要肩负了解太阳的三大任务。

南京期货开户  首先,探索太阳风是绕日观测的重要任务。太阳风虽然无法肉眼可见,但其实南北两极出现的极光就是太阳风进入地球磁场后引发的。据《卫报》报道,太阳风接近地球时会使磁场发生变化,可能造成电网停电、无线电通讯受到干扰等情况。人们目前对于太阳风吹向地球的机制还不是很了解,NASA希望帕克探测器飞向日冕层,观测并记录太阳风被加速到超音速的过程,帮助科学家预测太空天气的变化。中国航天科工二院二部研究员杨宇光表示,预测太阳活动对人类极为重要,因为这些活动会影响地球电离层以及大气密度,与我们日常配资官网 息息相关。同时,太阳活动还会对航天器产生更加直接的影响。

  其次,帕克会尝试解开日冕的极端高温之谜。日冕层是太阳大气的最外层,在日全食过程中,肉眼看到的那个光圈就是日冕,其厚度达到几百万公里以上。太阳的可见表面的温度大约为5500摄氏度,但是日冕的温度却超过百万摄氏度,是前者的数百倍。日冕的反常高温从何而来一直令科学家费解,因为太阳的能量是来自其核心的。

南京期货开户  最后,了解太阳高能粒子(SEP)加速行进的机制也是任务之一。太阳高能粒子产生于太阳耀斑和日冕物质抛射,其速度可以达到光速的一半。据中国国家天文台,太阳高能粒子不仅会对人造卫星的电子设备产生干扰和损害,其辐射还会危及宇航员的生命安全。帕克探测器此行将探索是什么给太阳高能粒子加速。

  ■ 盘点

南京期货开户  全球多个国家积极筹备“探日”之旅

  过去的半个多世纪里,人类从未停止对太阳的探索,仅NASA此前就已发射过十多个太阳探测器,但是从未深入到日冕层内部。至今,距太阳最近的一次飞行由NASA在1976年发射的太阳神2号探测器完成。当时太阳神2号以每小时24万公里的时速在环日轨道上运行,距太阳表面约4300万公里,以观测太阳风以及日地间的宇宙射线。

  而最近的一次探日任务始于3年前。美国国家海洋和大气管理局与NASA联合研发的“深空气候观测卫星”,于2015年2月携带若干太阳和地球科研仪器发射升空,100天后到达地球与太阳之间一个稳定的拉格朗日点轨道,目前仍在运行中。据中国气象局配资官方网 报道,这是第一个用于侦测由太阳发出地磁风暴的深太空早期预警系统,可以更加可靠地预测太阳风暴。

  除了NASA,全球很多国家也在积极筹备太阳探测活动。据BBC,欧洲航天局(ESA)将于今年10月发射耗资10亿欧元的太阳轨道探测器,深入到距离太阳4200万公里处。探测器将对太阳大气进行高精度的观测,还会观测太阳极区和太阳背面。印度空间研究组织也在2017年宣布,将于2019年发射名为阿迪亚L1的太阳探测器,解决太阳物理学的一些长期问题。

  新京报记者 陈沁涵

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