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    NASA將發射探測器“接觸”太陽:需承受超1371℃高溫

    類別:社會新聞發布人:聯迪發布時間:2017-04-14

    據國外媒體報道,美國航空航天局(NASA)正在準備發射一個前往太陽系中心的探測器。該探測器將以每秒200公里的速度飛掠太陽,同時承受超過1371攝氏度的高溫。

    日冕物質拋射(Coronal Mass Ejections,CME)往往與耀斑等太陽活動聯系在一起,有時會給地球帶來嚴重威脅。在日冕物質拋射期間,太陽表面釋放出大量的帶電粒子,會對地球的電力系統、飛行器和衛星造成破壞。更嚴重的是,這些帶電粒子還可能傷害國際空間站上缺乏地球大氣層保護的宇航員。基于這些考慮,科學家非常希望能對日冕物質拋射等太陽活動做出預測。

    ▲“太陽探測器+”的想象圖

    因此,史密松天體物理臺(Smithsonian Astrophysical Observatory,SAO)和查爾斯·斯塔克·德拉普爾實驗室(Charles Stark Draper Laboratory)——一家總部位于馬薩諸塞州坎布里奇的非盈利工程機構——正合作為NASA開發太陽探測器所需的特殊傳感器。根據NASA的計劃,該探測器將于2018年發射,將飛到太陽大氣層內部并“觸摸”太陽表面,以獲得更多有關太陽活動的信息。

    這個探測器被稱為“太陽探測器+”(Solar Probe Plus,SPP),目前正在約翰霍普金斯大學應用物理實驗室進行設計和建造。一旦發射成功,SPP將在接近7年的時間里7次飛掠金星,以逐步縮小環繞太陽的軌道。在此期間,它還將24次飛掠太陽,并經過太陽的上大氣層(日冕),與太陽表面的距離縮短到640萬公里以內。

    在這一距離上,SPP將比歷史上任何航天器都要靠近太陽——比之前的紀錄近了3760萬公里。與此同時,SPP還將成為人類建造的速度最快的物體——達到每秒200公里。此外,它還將暴露在以往任何航天器都不曾經歷過的極端高溫和輻射下,屆時溫度將超過1371攝氏度。

    正如查爾斯·斯塔克·德拉普爾實驗室太空系統項目辦公室主管謝默斯·圖伊(Seamus Tuohy)在新聞發布會上所說:“這樣的任務將要求航天器及其中的儀器能夠承受極端的輻射、高速飛行和惡劣的太陽環境——而這正是德拉普爾實驗室和史密松天體物理臺所非常熟悉的那種項目。”

    除了作為探索先驅的歷史意義,這個探測器還將提供有關太陽活動的新數據,幫助科學家預測可能嚴重沖擊地球生命的重大太空氣象事件。在如今這個人們越來越依賴技術的時代,太陽耀斑及日冕物質拋射對人類生活的負面影響也越來越大。

    根據美國國家科學院近期一項研究的估計,一場大規模的太陽活動事件將給美國帶來2萬億美元的損失,而美國東海岸等地區可能將面臨長達一年的電荒。如果沒有電力,人們就無法獲得包括供暖、空調、燈光在內的各種服務,由此造成的死亡率將會十分驚人。

    因此,開發先進的預警系統,對日冕物質拋射等太陽活動進行可靠的預測,不僅是避免經濟上的損失,而且是在拯救生命。正如史密松天體物理臺首席研究員及密歇根大學太空科學教授賈斯汀·卡斯珀(Justin C。Kasper)所說:“除了回答一些基礎的科學問題,該任務的目的還在于更深入地了解太空氣象對現代通訊、航空業和能源系統的風險。如果一場大型太陽風暴發生在今天,現代社會中我們賴以生存的許多系統——電信服務、全球定位系統、衛星和電網等——都將在一段很長時期內受到干擾。‘太陽探測器+’將幫助我們預測并應對太空氣象事件對人類社會的沖擊。”

    為了實現這一目的,SPP肩負著3個重要的科學任務。首先,它將追蹤促使日冕和太陽風升溫和加速的能量流;其次,它的探測儀器將確定作為太陽風能量來源的等離子體和磁場的結構和動態;最后,它還將探索高能粒子——特別是電子、質子和氦離子——的加速和運輸機制。

    SPP將攜帶一套先進的儀器來完成這些任務。其中最重要的一臺儀器被稱為“法拉第杯”(Faraday Cup),由史密松天體物理臺建造,德拉普爾實驗室提供技術支持。該儀器以電磁學上有卓越貢獻的麥可·法拉第的姓氏命名,將由史密松天體物理臺和密歇根大學負責運行。

    按照設計,法拉第杯將能夠承受極端電磁輻射的干擾,對太陽釋放的帶電粒子進行速度和方向測量。該儀器將放置在SPP的防護罩外側。由碳制成的防護罩是SPP的另一個關鍵部件,厚度達到11.43厘米,它將確保探測器承受住多次飛掠日冕時面臨的極端條件。

    當然,SPP任務不僅要在極端的環境條件下采集數據,而且還必須經受住極端高速飛行的考驗。不過,這些努力都是值得的。多年以來,天文學家一直在研究太陽,但從來沒有在太陽大氣層內部進行過觀察。

    通過飛掠高能太陽粒子產生的地方,SPP任務將大大擴展我們對太陽的認識,了解太陽風的產生和演變。這些知識不僅能幫助地球應對可能的自然災難,而且能幫助我們實現探索(甚至殖民)太陽系的長遠目標。

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