人类史上第一个近距离瞻仰太阳的探测器派克号即将在 8 月启航,美国太空总署(NASA)已为它穿上最先进隔热罩,等 2024 年最接近太阳时,探测器外部将承受高温 1,370℃,但内部会保持在相对凉爽约 30℃ 的环境。
自科学家提出太阳探测器概念以来已过了 60 年,终于,人类第一艘太阳探测器派克号(Parker Solar Probe)即将在今年 8 月 4 日发射,以每秒约 200 公里的速度航向太阳(相当于 1 秒从费城到华盛顿),会借助金星的重力助推七度改变轨道以越来越接近太阳,预计 2024 年 12 月19 日最接近太阳,距离仅 400 万英里(约 643 万公里),穿梭在太阳大气层的外层日冕。
做为比较,太阳系第一行星水星与太阳的近日点是 4,600 万公里,白天赤道地区温度约 430℃。
▲ 派克号太阳探测器将藉金星重力七度改变轨道。(Source:NASA)
重力助推(也称为重力弹弓效应或绕行星变轨)是利用行星或其他天体的相对运动及重力,改变飞行器轨道与速度,可以加速也能减速,以节省燃料与时间,比如:新视野号,飞向冥王星时依靠木星重力助推;朱诺号,2013 年再次飞近地球时借助地球重力助推,从内太阳系绕进木星;或是航海家 1 号,借助木星与土星的重力助推获得完全摆脱太阳引力的动能,现在已是距离地球最远的人造物体。
▲▼ 利用行星重力助推法来加速(上图)或减缓(下图)探测器速度示意图。(Source:By Y tambe (Y tambe’s file) [GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons)
日冕(Corona)厚度达几百万公里,温度达摄氏百万度,粒子数密度为 1,015m3。在高温下,氢、氦等原子已被电离成带正电的质子、氦原子核和带负电的自由电子等,这些带电粒子运动速度极快,以致能挣脱太阳引力束缚,射向太阳外围形成充斥整个太阳系的太阳风。
日冕中的粒子每隔一段时间就会被太阳风吹出,可能与地球磁场混在一起形成磁暴,导致人造卫星和电网陷入混乱,但也带来美丽极光。派克号旨在弄清楚这种现象背后的机制,以更了解太阳风如何产生。
但想承受太阳的热情,探测器需要一面超耐热盾牌。NASA 在 6 月底为派克号装上最先进隔热罩,由两层碳复合材料夹着 4.5 英寸碳发泡体厚芯构成,面向太阳的一面喷涂特殊配方涂层,以尽量反射太阳热量,全部重量仅 160 磅(由于飞行速度极快,为了避免无法进入轨道,探测器不能太重)。
多了这道盾,派克号能屏障超过 1,370℃ 高温,并确保内部仪器在 30℃ 环境工作,帮助科学家探索太阳与地球之间如何进与退。
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(首图来源:NASA)