2018飞向日冕 我们从未离太阳这么近

2016年07月28日08:40  来源:科技日报
 

模拟效果图(来源于网络) 

科学家们梦想着有朝一日能够飞向日冕。就在上周,美国宇航局(NASA)宣布太阳探测器(SP+)任务已经进入2018年发射前的最后研发阶段。

一直以来,太阳对于人类而言,既熟悉又陌生。NASA发射太阳探测器,期望它能带回更多关于地球“母星”的重要信息,了解恒星的演化。

据了解,太阳探测器将深入太阳外层大气,探测在那里遇到的等离子体、磁场和波、高能粒子和尘埃。它们也对太阳探测器轨道附近以及日冕底部的偶极结构的日冕结构成像。

“防晒”决定它能不能活下来

按原定计划,这枚探测器将在2018年7月31日于佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地由三角洲4号重型火箭携载发射升空。

在为期6年的任务中,太阳探测器将逐渐靠近太阳,那到底有多近呢?

探测任务的设计以及金星的引力使得它到太阳表面的距离不会小于8.5个太阳半径。在这个距离上观测太阳,会比从地球上看到的大23倍,在这里太阳亮度和热量则会高出500倍。

探测器里面的电子元件必须在一定温度范围内才能正常工作,果壳网主笔、天文学家虞骏在接受科技日报采访时表示,如何做好隔热工作,是设计面临的难题。

面对如此高温,太阳探测器又将如何生存呢?据了解,整个探测器将被置于一块直径2.7米、厚15厘米,由碳泡沫复合材料制成的“太阳挡板”之后,而这块“挡板”面临的是超过1400℃的高温和强烈的辐射。

此外,强照度、辐射以及尘埃的撞击都是需要纳入考虑的。多方面的建模和创新是设计的主旋律,而平衡则成为设计的核心问题。为了不让太阳探测器“赤膊上阵”,设计师们克服着各种挑战。虞骏指出,轨道设计需要做一些非常细致的规划,安全性和成本都是需要攻克的难题。

解开太阳风“加速”谜团

太阳探测器的重要使命之一,就是揭开日冕和太阳风的奥秘。日冕的温度是困扰科学家多年的谜团之一。太阳外部大气层,有些地方温度竟然超过100万摄氏度,比太阳表面温度还要高上数百倍。倘若你将一支温度计伸到太阳表面,那么它的表面温度大约是6000摄氏度。但是,当温度计距离太阳表面更远时,温度却没有更低。对此,科学家们一直疑虑重重。

太阳风则是困扰科学家们的第二个谜团。太阳向整个太阳系喷射太阳风,这种炽热的带电粒子风,时速可以达到每小时数百万英里。但令人惊讶的是,在太阳的表面,没有任何强风存在,可当太阳风抵达太阳系行星时,却变成了“狂风”。

科学家怀疑,在太阳和行星之间存在一些未知因素,从而让太阳风获得了如此高的速度。至今,高速太阳风的成因依旧是个未解之谜。太阳探测器采用大视场成像仪(WISPR)来观测,过去从来没有一个探测器能够在如此有利的位置上以这样高的分辨率观察过太阳。当它扫描过日冕的时候,WISPR将对它进行断层成像,不过其成像跨度只能达到90度到150度。

此外,日冕一面“沸腾”一面“冰冻”的现状也困惑着科学家。日冕中的粒子看上去似乎是从不同的方向被加热的。日冕中垂直于磁场方向的等离子体温度要比沿着磁场的高出10倍或者20倍。这就好比有一桶水,从一个方向看它在沸腾,但是从另一个方向看它却是冰冻的。

取得太阳磁场第一手资料

太阳探测器的另一项重要任务是探测磁场及太阳的其他部分,以预测下一次喷向地球的太阳耀斑将发生于什么时候。

人们一直想弄明白为什么太阳每11年会转换一次磁性,从几乎没有太阳黑子的虚弱体转变成会喷射太阳耀斑的怪物,随后在再次转换磁性之前变回虚弱体。虞骏指出,黑子、耀斑,都跟太阳的磁场活动有密不可分的关系,这次,太阳探测器能够较近距离拿到第一手资料,对太阳及附近的环境、大气、磁场等进行一个详细的探测。

更准确地预测太阳活动

太阳和人类的日常生活是密切相关的,不光是给人类带来光和热,其实太阳的活动也可能给地球带来影响。小到极光爆发,大到地磁暴,甚至可能导致各种各样的灾难。此外,如果太阳活动爆发太强烈的话,有可能使大气层外不受保护的人造卫星大范围地失效。

探测器发射后,有利于更准确地预测太阳活动,提高大气层外空间天气预报的精度。

如今大家出行主要是通过GPS进行导航,GPS的卫星信号也有可能受到太阳活动的影响,从而导致GPS导航出错。虞骏说,探测器成功发射后,可能提醒你今天几点几分GPS会不准,开车要小心,这是对日常生活比较明显的影响。

顺路去看看金星

太阳探测器目前正由约翰—霍普金斯应用物理实验室建造。该实验室表示,太阳探测器附加任务是一项真正意义上的探索任务,探测器将靠近太阳,从亚音速级到超音速级观测太阳风的速度,它还将飞越最高能太阳粒子的诞生地。

虞骏在接受科技日报采访时说道:“为了能够靠近太阳,飞向日冕展开科学观测,探测器将先后7次飞越金星,借助金星引力进行减速。尽管探测器的主要任务是探测太阳,但经过金星的时候也会顺便对金星展开相应观测,增加我们对这颗行星的了解。”

虞骏表示,当太阳探测器靠近太阳时需要抵御超高温度,最近时可达到590万千米,比水星最靠近太阳时还要近7倍。这个距离大大超过了以前的所有探测器能够接近太阳的最近距离。(郭盈)

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那些拜访过太阳的前辈们

其实早在上世纪60年代后,为探索太阳的秘密,世界各国就不遗余力发射各类太阳探测器。

如美国的轨道观测站、国际日地探险者、太阳峰年卫星以及苏联的预报号、质子号、宇宙号卫星等。美德联合研制的太阳神号探测器,在上世纪70年代中期曾抵达离太阳4000万公里以外的地方,观测了太阳表面及其周围空间。1990年,美国发射了尤利克斯号太阳探测器,这个重达385公斤,用钚核反应堆做动力的探测器4年后飞抵太阳南极并环绕飞行,第一次全方位观测了太阳。 

(责编:魏艳、赵竹青)

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