人類航天器首次“觸摸”太陽(yáng)，抵御一百萬(wàn)攝氏度高溫成功穿越日冕

帕克太陽(yáng)探測(cè)器

無論是神話傳說中的夸父逐日、后羿射日，還是現(xiàn)代以來針對(duì)太陽(yáng)的各種望遠(yuǎn)鏡和探測(cè)器，或許都意味著，從古至今，人類對(duì)太陽(yáng)的興趣從來未曾褪卻過。

近日，美國(guó)國(guó)家航空航天局科學(xué)任務(wù)理事會(huì)副局長(zhǎng)托馬斯·祖布?xì)J宣布，“帕克太陽(yáng)探測(cè)器于2021年4月28日成功穿過太陽(yáng)日冕，成為人類歷史上首個(gè)‘接觸’太陽(yáng)的航天器”。

帕克探測(cè)器“接觸”太陽(yáng)

該探測(cè)器于2018年發(fā)射升空，旨在觀測(cè)太陽(yáng)內(nèi)部環(huán)境，并揭示太陽(yáng)運(yùn)行機(jī)制，從而為解決一些天文學(xué)界長(zhǎng)期存在的難題提供佐證。

相關(guān)成果發(fā)表，該論文以《帕克太陽(yáng)探測(cè)器進(jìn)入磁控日冕》為題。第一作者是美國(guó)密歇根天體物理學(xué)研究所教授、BWX Technologies副首席技術(shù)官賈斯汀·卡斯帕。

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日全食期間的日冕圖像

人類離不開陽(yáng)光，就像離不開空氣和水一樣。如春雨潤(rùn)物無聲，太陽(yáng)光照在維持地球循環(huán)運(yùn)作方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

古時(shí)候，太陽(yáng)一度被神話成人，《淮南子·天文訓(xùn)》中記載：“日出于旸谷，浴于咸池，拂于扶桑，是謂晨明?！?/p>

到了近現(xiàn)代，隨著科學(xué)文明的進(jìn)步，我們終于知道太陽(yáng)其實(shí)只是銀河系內(nèi)諸多星系中的一顆普通恒星，所謂的太陽(yáng)發(fā)光也只是其內(nèi)部的核聚變反應(yīng)。然而，人類對(duì)太陽(yáng)的好奇并未因此而得到滿足，反而愈發(fā)想要探索其隱藏在“高溫面具”下的真面目。

20世紀(jì)90年代，美國(guó)發(fā)射“尤利西斯”太陽(yáng)探測(cè)器，以求近距離觀測(cè)地球兩極。在經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)17年的漫長(zhǎng)飛行旅程后，其最終于2008年完美結(jié)束探索使命。

2001年，“起源”號(hào)探測(cè)器成功發(fā)射。值得一提的是，該探測(cè)器通過一種收集裝置，成功采集到太陽(yáng)風(fēng)粒子樣本。

2003年，“星系演化”探測(cè)器成功升空，這是人類首次對(duì)銀河系以外的太空進(jìn)行紫外線測(cè)量，為包括太陽(yáng)系在內(nèi)的眾多星系的演化研究提供了支持。

2018年8月12日，此次報(bào)道中的主角帕克太陽(yáng)探測(cè)器在肯尼迪航天中心發(fā)射。不同于此前的各種航天器，美國(guó)國(guó)家航空航天局對(duì)其寄予厚望，認(rèn)為“這將是人類探測(cè)器首次如此近距離接觸太陽(yáng)，它將直接飛入太陽(yáng)外層大氣層日冕所在軌道上，距離太陽(yáng)表面僅650萬(wàn)公里”。

需要注意的是，將航天器送入太陽(yáng)磁化大氣層的概念，甚至比美國(guó)國(guó)家航空航天局創(chuàng)立時(shí)間更早。

據(jù)悉，帕克探測(cè)器是目前已知飛行速度最快的人類航天器，速度幾乎可達(dá)每小時(shí)40萬(wàn)千米。

此外，它的名字來源于美國(guó)天文學(xué)家尤金·帕克，以表彰其在太陽(yáng)風(fēng)研究中作出的卓越貢獻(xiàn)。

雖然公布日期是在2021年12月14日，但事實(shí)上，帕克探測(cè)器抵達(dá)太陽(yáng)日冕處的準(zhǔn)確時(shí)間為2021年4月28日，并停留了5個(gè)小時(shí)之久。

帕克探測(cè)器的主要目標(biāo)是了解太陽(yáng)的工作原理，不過這卻需要其穿越太陽(yáng)大氣層，并搜集太陽(yáng)粒子。

日冕是太陽(yáng)大氣的最外層，溫度可達(dá)200萬(wàn)攝氏度，太陽(yáng)內(nèi)部的溫度卻只有5500攝氏度左右。如何讓航天器抵御高溫的侵蝕穿越太陽(yáng)外邊界也因此成為了關(guān)鍵。

為了解決這個(gè)難題，哈佛一史密森尼天體物理中心（CfA）的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)類似杯子的探測(cè)儀器，由鎢、鈮、鉬和藍(lán)寶石等具有高熔點(diǎn)的材料制成，即使是穿越日冕也不會(huì)融化。

CfA天體物理學(xué)家安東尼·凱斯表示，“擊中帕克太陽(yáng)探測(cè)器的光量決定了航天器的溫度。雖然探頭的大部分都受到隔熱罩的保護(hù)，但我們的杯子是僅有的兩種突出且沒有保護(hù)的儀器之一。”

在凱斯看來，該太陽(yáng)探測(cè)器杯本身就是一種工程壯舉。

他進(jìn)一步解釋道，“在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，杯子會(huì)直接暴露在陽(yáng)光下并在非常高的溫度下運(yùn)行;它實(shí)際上是熾熱的，儀器的部分溫度超過1000攝氏度，并發(fā)出紅橙色的光?！?/p>

最終結(jié)果是，太陽(yáng)探測(cè)器杯成功完成太陽(yáng)粒子的收集工作，這將幫助科學(xué)家們了解帕克探測(cè)器的最新動(dòng)態(tài)以及其是否安全抵達(dá)日冕。

藝術(shù)家對(duì)接近太陽(yáng)的帕克探測(cè)器的構(gòu)想

通過帕克反饋回來的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，即阿爾文臨界表面并不是光滑的，而是如同老人一般有著“皺紋”。

阿爾文臨界表面位于“太陽(yáng)大氣層終結(jié)和太陽(yáng)風(fēng)開始”的位置，由于太陽(yáng)沒有固體的表面，這個(gè)位置也就成為了常規(guī)意義上的界面。

研究人員注意到，阿爾文臨界表面下方的折返點(diǎn)遠(yuǎn)少于其上方的折返點(diǎn)。這一發(fā)現(xiàn)可能意味著日冕內(nèi)不會(huì)形成折返。

“幾十年來，我們一直在觀察太陽(yáng)及其日冕，我們知道那里正在發(fā)生有趣的物理學(xué)來加熱和加速太陽(yáng)風(fēng)等離子體，但我們?nèi)匀粺o法準(zhǔn)確地說出這種物理學(xué)是什么?！泵绹?guó)國(guó)家航空航天局帕克太陽(yáng)探測(cè)器項(xiàng)目科學(xué)家努爾·拉瓦菲表示。

“隨著帕克太陽(yáng)探測(cè)器現(xiàn)在飛入磁主導(dǎo)的日冕，我們將獲得期待已久的關(guān)于這個(gè)神秘區(qū)域內(nèi)部運(yùn)作的見解?！?（綜合整理報(bào)道） （編輯/華生）