NASA将发射探测器“接触”太阳 需承受超1371℃高温

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发布日期:2017年04月14日 所属分类:新知

美国航空航天局(NASA)正在准备发射一个前往太阳系中心的探测器。该探测器将以每秒200公里的速度飞掠太阳,同时承受超过1371摄氏度的高温。

日冕物质抛射(Coronal Mass Ejections,CME)往往与耀斑等太阳活动联系在一起,有时会给地球带来严重威胁。在日冕物质抛射期间,太阳表面释放出大量的带电粒子,会对地球的电力系统、飞行器和卫星造成破坏。更严重的是,这些带电粒子还可能伤害国际空间站上缺乏地球大气层保护的宇航员。基于这些考虑,科学家非常希望能对日冕物质抛射等太阳活动做出预测。

因此,史密松天体物理台(Smithsonian Astrophysical Observatory,SAO)和查尔斯·斯塔克·德拉普尔实验室(Charles Stark Draper Laboratory)——一家总部位于马萨诸塞州坎布里奇的非盈利工程机构——正合作为NASA开发太阳探测器所需的特殊传感器。根据NASA的计划,该探测器将于2018年发射,将飞到太阳大气层内部并“触摸”太阳表面,以获得更多有关太阳活动的信息。

NASA将发射探测器“接触”太阳 需承受超1371℃高温

“太阳探测器+”的想象图。

这个探测器被称为“太阳探测器+”(Solar Probe Plus,SPP),目前正在约翰霍普金斯大学应用物理实验室进行设计和建造。一旦发射成功,SPP将在接近7年的时间里7次飞掠金星,以逐步缩小环绕太阳的轨道。在此期间,它还将24次飞掠太阳,并经过太阳的上大气层(日冕),与太阳表面的距离缩短到640万公里以内。

在这一距离上,SPP将比历史上任何航天器都要靠近太阳——比之前的纪录近了3760万公里。与此同时,SPP还将成为人类建造的速度最快的物体——达到每秒200公里。此外,它还将暴露在以往任何航天器都不曾经历过的极端高温和辐射下,届时温度将超过1371摄氏度。

正如查尔斯·斯塔克·德拉普尔实验室太空系统项目办公室主管谢默斯·图伊(Seamus Tuohy)在新闻发布会上所说:“这样的任务将要求航天器及其中的仪器能够承受极端的辐射、高速飞行和恶劣的太阳环境——而这正是德拉普尔实验室和史密松天体物理台所非常熟悉的那种项目。”

除了作为探索先驱的历史意义,这个探测器还将提供有关太阳活动的新数据,帮助科学家预测可能严重冲击地球生命的重大太空气象事件。在如今这个人们越来越依赖技术的时代,太阳耀斑及日冕物质抛射对人类生活的负面影响也越来越大。

根据美国国家科学院近期一项研究的估计,一场大规模的太阳活动事件将给美国带来2万亿美元的损失,而美国东海岸等地区可能将面临长达一年的电荒。如果没有电力,人们就无法获得包括供暖、空调、灯光在内的各种服务,由此造成的死亡率将会十分惊人。

因此,开发先进的预警系统,对日冕物质抛射等太阳活动进行可靠的预测,不仅是避免经济上的损失,而且是在拯救生命。正如史密松天体物理台首席研究员及密歇根大学太空科学教授贾斯汀·卡斯珀(Justin C2. Kasper)所说:“除了回答一些基础的科学问题,该任务的目的还在于更深入地了解太空气象对现代通讯、航空业和能源系统的风险。如果一场大型太阳风暴发生在今天,现代社会中我们赖以生存的许多系统——电信服务、全球定位系统、卫星和电网等——都将在一段很长时期内受到干扰。‘太阳探测器+’将帮助我们预测并应对太空气象事件对人类社会的冲击。”

为了实现这一目的,SPP肩负着3个重要的科学任务。首先,它将追踪促使日冕和太阳风升温和加速的能量流;其次,它的探测仪器将确定作为太阳风能量来源的等离子体和磁场的结构和动态;最后,它还将探索高能粒子——特别是电子、质子和氦离子——的加速和运输机制。

SPP将携带一套先进的仪器来完成这些任务。其中最重要的一台仪器被称为“法拉第杯”(Faraday Cup),由史密松天体物理台建造,德拉普尔实验室提供技术支持。该仪器以电磁学上有卓越贡献的麦可·法拉第的姓氏命名,将由史密松天体物理台和密歇根大学负责运行。

按照设计,法拉第杯将能够承受极端电磁辐射的干扰,对太阳释放的带电粒子进行速度和方向测量。该仪器将放置在SPP的防护罩外侧。由碳制成的防护罩是SPP的另一个关键部件,厚度达到11.43厘米,它将确保探测器承受住多次飞掠日冕时面临的极端条件。

当然,SPP任务不仅要在极端的环境条件下采集数据,而且还必须经受住极端高速飞行的考验。不过,这些努力都是值得的。多年以来,天文学家一直在研究太阳,但从来没有在太阳大气层内部进行过观察。

通过飞掠高能太阳粒子产生的地方,SPP任务将大大扩展我们对太阳的认识,了解太阳风的产生和演变。这些知识不仅能帮助地球应对可能的自然灾难,而且能帮助我们实现探索(甚至殖民)太阳系的长远目标。(新浪科技/任天)

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