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挑战死亡的NASA任务将使人类最接近太阳

2020-02-16 12:04:05来源:

撇开,伊卡洛斯:美国国家航空航天局(NASA)研制了一种可以在不熔化的情况下通过太阳大气飞行的航天器。

如果一切按计划进行,8月4日,耗资15亿美元的派克太阳探测器将从卡纳维拉尔角的发射台升空。仅仅三个月后,它将比任何航天器都更接近太阳,进行有史以来第一次对恒星能量涡旋的直接测量。

但这仅仅是开始。在接下来的7年中,该飞船将绕太阳绕23次以上,越走越远-最终在太阳日冕内高出地面约620万公里。比1976年德国Helios 2航天器的纪录高出近七倍。

派克太阳探测器旨在回答有关太阳的一些最大的悬而未决的问题,例如如何将日冕加热到数百万度,同时使其下方的表面保持相对凉爽1。航天器还将访问太阳风的发源地,这是一团充满活力的粒子,以每秒800公里的速度向外流进太阳系。当太阳风猛烈撞击地球时,它会产生美丽的极光,但也会破坏卫星通信和导航系统。

马里兰州劳雷尔的约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(APL)的太阳物理学家,任务项目科学家说:“所有有趣的事情发生的地方都是正确的。”

深度探测探针提供的数据将使研究人员能够更好地了解粒子,磁场和能量如何在太阳中结合的复杂情况。“他将成为改变游戏规则的人,”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的太阳物理学家尼古琳·维尔(Nicholeen Viall)说。

冲浪太阳风

自1958年以来,太空物理学家就梦想着完成一项任务,该任务将穿过日冕,或者至少在最里面的行星水星的轨道内旅行。同年,尤金·帕克(Eugene Parker)提出了太阳风的存在。

经过数十年的规划,这项任务终于接近发射了。升空八周后,它将飞越金星,利用行星的重力减速并滑入围绕太阳的更紧密的轨道。在那之后的五个星期,即11月3日,该探测器将首次接近地面-距离地面超过2400万公里,即太阳半径的35倍。

从那里,航天器将绕太阳旋转,随着它飞越金星6次以上,逐渐靠近太阳。设计任务轨迹的APL工程师郭延平说,该轨迹将为探测器提供充足的时间来收集数据。

在第一个近距离进近(太阳半径为35)和最终接近(太阳半径为10)之间的某个位置,探测器将遇到Alfv茅表面,这是太阳风成为超音速的边界。在Alfv茅表面上,太阳磁场起主导作用。在外面,太阳风更加分离并自行流走。

逐渐回暖

密歇根大学安阿伯分校的物理学家贾斯汀·卡斯珀(Justin Kasper)说,用航天器越过边界越界,就和从旅行者1号探测器进入2012年星际空间的那一刻起类似。这一刻将标志着人类进入太阳系的另一个领域。他说:“泪水相信会发生一些特别的事情。”

边界可能比以前认为的要复杂。最近对STEREO航天器在2014年拍摄的外日冕图像的分析显示,Alfv茅表面可能更多地是一个宽广,定义不清的区域,其中包含复杂的磁性结构。这表明派克太阳探测器将有机会测量一个新的和以前未曾预料到的边界区域。科罗拉多州博尔德西南研究所的太阳物理学家克雷格·德福雷斯特(Craig DeForest)说,“野外比我们想象的要野蛮得多。”他领导了该分析背后的团队,该分析于7月18日发表在《天体物理学杂志》 4上。

派克太阳能探测器的刷毛配有一系列旨在直接对日冕进行采样的仪器。保护它们的是2.4米宽的隔热板,该隔热板由11厘米厚的碳泡沫制成,夹在碳复合材料层之间。它可以承受近1,400掳C的温度。

太阳能电池板为航天器提供动力,但为了使它们保持凉爽,它们具有类似于汽车散热器的输水系统。在接近的灼热条件下,大多数太阳能电池板将折回以遮挡在隔热罩内。

盯着太阳

任务科学家希望派克太阳探测器将开创研究太阳的新时代。欧洲航天局计划在2020年发射其太阳轨道飞行器航天器,该航天器将比帕克太阳探测器在更高的纬度和更远的空间研究太阳。同样在2020年之前,丹尼尔·K·伊努耶(Daniel K. Inouye)太阳望远镜将在夏威夷上线,在那里将绘制日冕的每日地图。

就他本人而言,现年91岁的帕克说,他期待看到太阳风中的波浪和湍流(他预言)是由带有他名字的探测器测得的。他说:“希望发现一些惊喜。”

自然559,452-453(2018)