与太阳前所未有的近距离接触

作者: David Jess

来源: https://theconversation.com/mission-to-the-sun-will-protect-us-from-devastating-solar-storms-and-help-us-travel-deeper-into-space-78583

发布日期: 2017-06-02

美国宇航局计划在2018年推出帕克太阳探测器,该探测器将飞往距离太阳表面仅有6百万公里的位置,进行前所未有的太阳研究。这一任务将帮助科学家更深入地理解太阳磁场和太空天气,从而预防可能的灾难性后果,并为未来的太空探索提供保护和可能性。

人类古往今来就对太阳有各种崇拜和歌颂。这颗距离我们约1.5亿公里的恒星,为整个人类的栖息和繁衍提供着足够的光、热和能量。但是,尽管我们已经使用许多现代望远镜对这颗维持我们生命的母星进行了深广的研究,但我们对她仍有许多的不解。

这就是为什么美国宇航局最近宣布计划在2018年推出一个革命性的探测器,这个探测器将会真正触碰到太阳。最初这个计划被称为“太阳探测加”,但现在已更名为“帕克太阳探测器”,以此来纪念对太阳风的研究贡献巨大的物理学家尤金·帕克(Eugene Parker)。

过去,有许多太空计划的任务是对太阳进行调查研究。1976年,太阳神2号飞船就曾航行到距离太阳大气层4.3千万公里的太空。这次,斥资15亿美元建造的帕克太阳探测器将飞往距离太阳表面仅有6百万公里的位置,比以前的任何一个曾飞向太阳的航天器都要近。如此近距离的观测将为太阳科学的研究开启一个新的篇章。

虽然任务的巡航高度距离太阳表面数百万公里的高空,可能听起来像是安全距离,但太阳所能释放的巨大热量将会无情地轰击有效负载。一个11.5厘米厚的碳复合护罩将用来保护航天器内所有的敏感高精设备,这层碳复合材料与F1赛车上使用的高性能刹车系统类似。这种防护是至关重要的,因为届时温度将超过1400°C。

在这种极端的高温条件下,为航天器供电的太阳能电池板将会被缩回。这种操作能使得所有仪器和电源在碳复合屏罩的保护下维持在室温。同时,航天器所经受的辐射将比在地球轨道上强475倍。

航天器的计划轨迹若出现任何微小的错误,都会导致它沉入更深太阳的表面,从而暴露在几百万度的高温下,完全毁坏航天器。

那么我们能从如此高风险的任务中获得什么呢?

由太阳释放出来的超动力粒子和辐射引起的动态活动与地球相遇时会产生所谓的“太空天气”。太空天气会带来灾难性的后果,它能终结卫星通信,改变绕地航天器的运行轨道以及破坏全球电网。最大的风险是宇航员将可能暴露于强大的电离辐射中。这种强烈的电磁风暴能造成约2万亿美元的经济损失,这也使得太空天气被英国国家风险登记正式列为一大风险。

新的太阳探测器将首次对太阳的磁场、等离子体密度和大气温度进行直接测量,从而了解太阳大气在什么情况下会产生严重的太空天气,这将彻底改变我们对这类事件的认知。类似一根皮筋在承受多少拉扯后会崩坏,科学家认为持续的扭曲和搅动散布在太阳各处的磁场线可能导致粒子加速和辐射轰击。一旦磁场破裂,我们将遭遇严重的太空天气。

不幸的是,我们目前没有方法对太阳磁场进行直接研究。科学家正尝试开发新技术来对确定太阳的强磁场扭曲、强度和方向,但到目前为止,他们无法对其提供足够准确的理解。但帕克探测器足够靠近太阳,因此能够采集到太阳强大的磁场的数据,从而帮助我们更深入的理解太阳磁场。

太阳的大气条件对太空天气影响甚广,因此对大气条件进行不间断观察和直接测量能为太阳所带来的威胁进行预警。探测器上的仪器FIELDS将能提供前所未有的信息,科学家们可以将用许多复杂精密的计算机模型来分析这些信息,当有破坏性太空天气发生时,可为空间、航空、电力和通讯部门提供警报。

当然,了解太空天气的根源也有助于许多天体物理的其他领域的研究。这能帮助航天机构在未来的火星载人航天任务上更好地保护宇航员,而火星上的大气更加稀薄,对来自太阳的辐射的保护更加微弱。

此外,通过更准确地模拟太阳风的流动所带来的影响,未来的航天器将能够更有效地利用太阳帆来帮助它们抵达更太阳系的更深处,或许能最终打开星际之旅的可能性。

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