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帕克太阳探测器已开始“熔化”(高温和高速碰撞)

时间:2023-07-25 04:39:01

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帕克太阳探测器已开始“熔化”(高温和高速碰撞)

2018年8月12日,帕克太阳探测器在美国NASA肯尼迪航天中心成功发射,成为人类历史上第一个进入太阳大气层、近距离观测太阳的人造物体。当年的11月5日,帕克探测器首次抵达近日点,随后将在2025年前环绕太阳运行24圈,在金星引力的帮助下逐渐下调公转轨道,最后抵达距离太阳表面仅有610万公里的区域

帕克太阳探测器总重量约640公斤,为了应对飞行过程中所受到高强度太阳辐射,在探测器表面覆盖有一层11厘米厚、由碳复合材料制成的防热罩,除了太阳能板以及少数温度传感器置于防热罩之外,其余的科学荷载均可以在防热罩的保护下,在外部接近1400摄氏度的环境下,内部仍然保持在略高于室温的“舒适”状态。

帕克探测器上携带着多种科学观测仪器,比如电磁场调查和宇宙尘埃探测器、太阳风宽视场成像仪、太阳风电子、阿尔法粒子与质子调查器等。通过这些仪器设备,可以近距离测量太阳附近的电场和磁场,并能深入了解更多来自太阳的高能粒子(太阳风)特征,这对于准确认知太阳大气层结构和组成、太阳风的起源与演化等,都具有非常重要的意义。

科学家们在研发帕克太阳探测器时,已经考虑了其运行环境下的高温和高能辐射状况,在探测器的外部覆盖了厚厚的“保护层”,不过近期对探测器运行过程中的监测,还是让科学家们“惊出一身冷汗”。

帕克太阳探测器,目前是速度最快的人造物体,其时速已经超过16万公里,这比迄今为止行进距离最远的探测器-旅行者1号的速度,要足足高出10万公里/小时。在帕克太阳探测器以如此高的速度环绕太阳运行并逐渐接近太阳时,目前正在穿过黄道尘埃云,这片“浓厚”的尘埃云,是整个太阳系小行星和彗星接近太阳时所残留的物质,在太阳引力作用下,这片尘埃云正在慢慢地向太阳靠近。

密切跟踪帕克探测器的研究团队,发现探测器与尘埃粒子正在发生不可避免的高速撞击,这种撞击的强度和频度,都要比预想的要高,而且伴随着高温和高速撞击,探测器表面产生了微小的超热等离子体羽流,说明探测器的表面的一部分已经被“蒸发”了。

当然,帕克太阳探测器不是用来研究尘埃的,不过为了接近太阳并研究太阳风,穿过这片尘埃云并对其进行监测,属于探测器“额外”的贡献。目前探测器所处的位置,正好是黄道尘埃云中密度最大的区域,通过密切监测与尘埃云的碰撞频率,可以粗略估算这片尘埃云的密度,有点像开车进入沙尘暴一样。

研究团队一开始也预测出探测器会遇到尘埃云,但是由于没有在地球上的相关测量结果,因此最终的碰撞频率要比预想地高出很多。现在探测器正处在环绕太阳公转的第9圈,大约每12秒左右就会与尘埃碰撞一次。假设此时探测器附近有架摄像机,那么将会看到防热罩上面会密密麻麻地出现一些小孔,这正是被尘埃击中的结果。幸运的是,防热罩足够厚,像盾牌一样抵挡住了尘埃云的袭击。

现在,最令科学家们担心的是探测器的冷却系统。探测器此时面向太阳的一面,表面温度可以达到2000摄氏度以上。而防热罩的下面分布着许多冷却水管,通过里面水体的流动,将热量传递到散热器,然后将其消散到太空中。而假如尘埃将防尘罩和水管刺穿,那么航天器必将会被烧毁。

为了制造高耐受性的探测器,其构成器件的材料选择至关重要。在发射之前,帕克探测器在地球上已经进行了大量测试和分析,比如在一个超高速撞击实验室内,向探测器的相关组件上发射大量微小的高速粒子,来重现太空中的尘埃撞击。虽然太阳附近的这种尘埃颗粒,要比想象中的丰富,但是由于其质量比预期的要小,因此帕克探测器所受到尘埃撞击的损坏程度,风险仍然很低。

然而,风险低并不意味着万无一失。尽管它们很轻,但当尘埃粒子以如此大的能量撞击探测器时,不仅会蒸发自身和探测器表面的一小部分,而且还会将其电离,相当于产生了一次微小且短暂的等离子体爆炸。等离子体具有很强的电荷,因此这些微小的喷射,会在探测器的周围产生电场的峰值,从而可以被测量出来。

这种电场的峰值,与太阳风相互作用,产生类似于太阳风与金星、火星和其他缺乏磁场的行星相互作用的方式,这个过程,我们自然会联想到“飞蛾扑火”,在接下来帕克探测器环绕太阳运行的轨道上,还将会经历更为严重的电离体验。最终,帕克探测器在完成既定目标后,将会在高温、高速尘埃撞击下,不可避免地燃烧起来,成为太阳风的一部分,从而完成最华丽的“蜕变”。

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显示评论内容(3)
  1. 静儿的世界2023-12-26 16:00静儿的世界[北京市网友]124.200.7.222
    太阳探测器的探测任务非常重要,同时也非常危险。希望这次事故不会影响其整个项目的发展计划。
    顶4踩0
  2. 丶XYR。 物是人非2023-11-05 04:13丶XYR。 物是人非[国外网友]203.11.141.22
    只能说科学探索的道路上,风险始终都存在。希望这次事故能成为经验,进一步提高技术和安全措施。
    顶5踩0
  3. 盈盈笑语2023-09-14 16:26盈盈笑语[山西省网友]45.123.84.70
    真是太不幸了,希望相关专家能够尽快找到解决方案,保护好其他探测器和设备。
    顶3踩0
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