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      “觸摸”太陽(yáng)奔向熾熱之謎的探測(cè)器

      2024-12-25 00:00:00王治鈞李春輝
      知識(shí)就是力量 2024年12期

      努爾·拉瓦菲(Nour Rawafi),天體物理學(xué)家,任職于美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室,研究領(lǐng)域涉及太陽(yáng)及其活動(dòng),參與帕克太陽(yáng)探測(cè)器(Parker Solar Probe)項(xiàng)目

      太陽(yáng),一個(gè)意義無(wú)比重大的天體,地球上絕大部分生物都在它的照耀之下生長(zhǎng)。或許你會(huì)說(shuō),你和它之間已經(jīng)很熟悉了,你知道它的溫度、它的形狀、它在天空中運(yùn)動(dòng)的軌跡、它的活動(dòng)對(duì)我們身邊事物的影響……拉瓦菲博士已經(jīng)研究太陽(yáng)很久了,但他依然認(rèn)為,我們遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了解它。

      人類所知的太陽(yáng)

      我相信每一個(gè)人小時(shí)候都曾著迷于天空中那些耀眼的天體,它們?cè)谖覀冃闹新裣铝撕闷娴姆N子。

      這些星星大小不一、亮度也各不相同,每一個(gè)都承載著有關(guān)宇宙的秘密。如果我們將目前宇宙中已知的最大恒星拉進(jìn)太陽(yáng)系,它的周長(zhǎng)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出木星的軌道;已知的最小恒星則與土星相差不多。

      在無(wú)數(shù)恒星中,照顧地球的則是太陽(yáng)。目前,我們對(duì)太陽(yáng)的認(rèn)知已經(jīng)被拓寬了許多。我們知道太陽(yáng)的質(zhì)量占太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.8%以上,這些質(zhì)量全部以等離子體的形式存在——它們就像一團(tuán)發(fā)光的帶電粒子;它的體積也令人難以置信,可以裝下超過(guò)130萬(wàn)個(gè)地球。

      體積龐大的太陽(yáng)

      太陽(yáng)核心區(qū)域的壓力極高,溫度超過(guò)1500萬(wàn)攝氏度,極端壓力迫使氫聚變成氦,同時(shí)釋放出大量能量。這就是核聚變,如果我們能在地球上可持續(xù)地復(fù)制這一過(guò)程,得到的清潔能源幾乎無(wú)限,可為整個(gè)地球供電。

      暴烈的恒星

      太陽(yáng)讓地球變暖,讓生命獲取養(yǎng)分,為我們提供能源,同時(shí),它也是劇烈的、持續(xù)爆炸的、不可預(yù)測(cè)的。

      1859年9月1日,人們經(jīng)歷了有記錄以來(lái)最強(qiáng)烈的地磁風(fēng)暴之一——機(jī)器閃著火花,電線被熔化,電報(bào)線路被擾亂、引發(fā)火災(zāi),極光甚至蔓延到了低緯度地區(qū)。這就是卡靈頓事件,很有可能由一次劇烈的日冕(太陽(yáng)大氣的最外層,可延伸到幾個(gè)太陽(yáng)半徑甚至更遠(yuǎn)處)物質(zhì)拋射引發(fā)。

      太陽(yáng)表面足有6000攝氏度,可以熔化我們認(rèn)知中的任何東西,但當(dāng)我們談?wù)撊彰岬臏囟葧r(shí),出現(xiàn)的詞匯卻是“數(shù)百萬(wàn)”,這與太陽(yáng)磁場(chǎng)有關(guān)。當(dāng)太陽(yáng)磁場(chǎng)扭曲、彎曲、纏結(jié)時(shí),會(huì)儲(chǔ)存大量的能量,而耀斑和日冕物質(zhì)拋射等劇烈爆發(fā)活動(dòng)會(huì)釋放這些能量,將它們轉(zhuǎn)化為熱量,同時(shí),大量攜帶磁場(chǎng)的巨大等離子團(tuán)會(huì)在幾分鐘至幾小時(shí)內(nèi)被拋射出去,當(dāng)然,也會(huì)抵達(dá)地球。

      當(dāng)時(shí)的人類社會(huì)還沒(méi)有現(xiàn)在這樣完備的電力網(wǎng)絡(luò),也沒(méi)有人造衛(wèi)星和無(wú)線電,若這樣劇烈的風(fēng)暴發(fā)生在今天,受到影響的空間和時(shí)間可能會(huì)超乎我們想象。這是我們與太陽(yáng)這顆恒星共生的現(xiàn)狀,也是為什么我們需要了解太陽(yáng),了解它究竟如何做到這一切。

      向太陽(yáng)伸出雙手

      自人類邁入太空時(shí)代以來(lái),便一直希望讓航天器盡可能地接近太陽(yáng),但接近恒星非常困難,也極其危險(xiǎn)。我們?nèi)绾伪Wo(hù)航天器不被熔化?當(dāng)距離太遠(yuǎn)、無(wú)法控制它時(shí),如何保障它能夠自行面對(duì)各種問(wèn)題?

      2018年,帕克太陽(yáng)探測(cè)器發(fā)射,它是有史以來(lái)第一個(gè)穿越日冕的航天器,每3個(gè)月就會(huì)接近一次太陽(yáng),并傳回大量新數(shù)據(jù)。在它的幫助下,我們對(duì)太陽(yáng)的了解正在以前所未有的速度更新。當(dāng)然,有些數(shù)據(jù)我們現(xiàn)在并不能理解,但它們將為后代服務(wù),成為了解太陽(yáng)這一人類永恒使命的一部分。

      是航天器 也是人類的“指尖”

      帕克太陽(yáng)探測(cè)器是一個(gè)小型航天器,可以被裝在籃球架下面,約可承載半輛小型汽車的重量。

      太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)時(shí)的等離子流
      劇烈的太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)

      讓探測(cè)器免于被焚燒的是一個(gè)約11.5厘米厚、2.3米寬的碳泡沫保護(hù)罩,它能夠承受高達(dá)1370攝氏度的高溫。保護(hù)罩會(huì)吸收大量熱量,一個(gè)貫穿太陽(yáng)能電池板的微型管道網(wǎng)絡(luò)會(huì)提取這些熱量,通過(guò)散熱器排出——它使用的冷卻系統(tǒng)內(nèi)有一加侖(約3.785升)水。同時(shí),保護(hù)罩頂部的特殊陶瓷涂層也會(huì)盡可能多地反射光線。

      除此之外,它的速度也至關(guān)重要。帕克太陽(yáng)探測(cè)器是史上速度最快的航天器,并不會(huì)懸停在固定的距離上,過(guò)去6年間,它一直在太陽(yáng)和金星之間穿梭,逐步縮小軌道,以足夠快的速度飛越太陽(yáng)。

      逐日

      2024年12月24日前后,帕克太陽(yáng)探測(cè)器計(jì)劃近距離拜訪太陽(yáng),達(dá)成人類歷史上最接近恒星的距離——飛至距太陽(yáng)表面約610萬(wàn)公里以內(nèi),面向太陽(yáng)的一側(cè)承受約1000攝氏度的高溫,并以195千米/秒的速度飛越太陽(yáng)。

      這是一項(xiàng)重要且大膽的計(jì)劃,對(duì)人類的重要性不言而喻。它究竟會(huì)發(fā)現(xiàn)什么?會(huì)傳回哪些屬于未知領(lǐng)域的數(shù)據(jù)?能夠想象,它穿越與太陽(yáng)相連的等離子體羽流時(shí),就像沖浪者潛入洶涌的海浪。這是一代又一代科研人員所期盼的景象,是的,我們正等待著。

      2022年9月5日,有史以來(lái)被記錄的最劇烈的日冕物質(zhì)拋射之一,拋射的等離子團(tuán)速度超過(guò)每秒2500千米

      縱觀太陽(yáng)的活動(dòng)史,我們發(fā)現(xiàn)它正陷入一場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的平靜期。這會(huì)是一個(gè)真正的平靜期的開(kāi)端嗎?它會(huì)持續(xù)多久?太陽(yáng)輻射的速度會(huì)減慢嗎?更重要的是,這將如何影響地球?我們并不知道。

      想要回答這些關(guān)乎人類命運(yùn)的問(wèn)題,我們必須得到來(lái)自太陽(yáng)的答案。這顆龐大的謎團(tuán)決定著我們的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái),這是一場(chǎng)巨大的挑戰(zhàn),也是值得獻(xiàn)身的冒險(xiǎn)。

      帕克太陽(yáng)探測(cè)器

      (責(zé)任編輯 / 牛一名 美術(shù)編輯 / 周游)

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