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飞向太阳的人类探测器

2019-03-02赛先生

第二课堂(初中版) 2019年1期
关键词:太阳风暴日冕太阳风

赛先生

美国宇航局为纪念天文学家在历史上做出的杰出贡献,常以天文学家的姓氏命名航天器,如哈勃空间望远镜、钱德拉X射线天文台(此两物均在太空,而非陆地上)等,而尤金·派克是首位在世时就获此殊荣的科学家。2017年,美国宇航局命名了派克太阳探测器,以感谢尤金·派克先生在20世纪50年代创建了太阳风、日冕等系统理论。

太阳风、日冕是什么呢?为什么这么重要?

日冕是太阳大气的最外层,像太阳的热气,从太阳表面向四周散发,可以延绵至数百万公里之外。日冕自身比较暗,因此我们平常看不到它,就像灯泡,我们只看到耀目的光,却看不到它散发的热气。只有日全食时,月亮挡住了太阳,日冕的光芒才会显露出来。

日冕像一层轻薄的细纱,甚至像漂亮的花边,给太阳周围扎上了一圈,花纹有的像指纹,有的像小鸟的羽毛。

貌似柔弱的日冕实际上火爆異常,温度高达1 000 000℃~2 000 000℃。太阳表面才不过5 500℃,太阳散发的热气居然比太阳本身的温度更高!高200多倍呢!生活中,我们见过热气比热源更热的事例吗?从来没有。正如烤火取暖,再怕冷的人都不敢把手伸进火炉里,可日冕却颠覆了生活常理。离太阳表面百万公里的地方反而比太阳表面更炽热,其热能从何而来?

日冕已让人迷惑不解,而从它这里生出的太阳风、太阳风暴更是诡异,它们给围绕太阳旋转的行星带来了巨大的灾难,有的甚至是灭顶之灾。

40亿年前,火星的环境堪比今日的地球,除了有广袤的土地,还有碧波万顷的汪洋大海。但火星怎么会衰败到今天这般干涸,寸草不生呢?2015年,美国天文学家找到了答案:从日冕中产生的太阳风没日没夜地刮,太阳风暴不时袭击,渐渐刮去、剥落了火星的大气层,没有大气外衣的保护,火星上的海洋和湖泊逐渐蒸发、消失。所以40亿年后的今天,火星与地球截然是沙漠与绿洲之别。

我们的地球幸而有坚实的磁气圈保护,才抵挡得住太阳风暴的肆虐,但也有受伤害的记录。如1859年9月,太阳风暴毁坏了地球上的电报设施,致使欧洲和北美的电报系统瘫痪——这就是历史上的卡灵顿事件;1989年3月,太阳风暴部分损坏了地球上的电力设备,导致加拿大魁北克省电力中断9小时,600万人受到影响;它还干扰过我们的无线电、卫星通信,致使股票中止交易;它还会危害太空中宇航员的安全等。如何对太阳风暴进行预测预报,减少它对人类社会的破坏,这些都是科学家要做的事。

2018年8月12日下午3时31分,美国宇航局向太阳发射了派克太阳探测器,让它进入日冕内实地考察,观察太阳风、太阳风暴如何生成又如何发威。这是人类历史上首个进入日冕的航天器,它离太阳表面的最近距离是630万公里。这是一种新型的耐热航天器,与其他太空探测器相比,它更接近太阳表面。它将在灼热的太阳表面大约600万公里内飞行,相比先前的飞行器靠近7倍。如果一切按计划进行,探测器将以每小时724 205公里的速度飞驰,在大约7年的时间里,它将在太阳附近完成24次轨道运行,并经过金星7次。

派克太阳探测器的外形像个花瓶,大小像一辆小汽车。它在灼热的日冕区运行,不怕被高温熔化掉?原来,探测器头顶有一块隔热板,厚约12厘米,由碳复合材料制成,能抵挡1 400℃的高温,它还自带冷却系统,能使探测器内接近室温。因此,尽管日冕区既有高温又有高辐射,探测器内的仪器却能等闲视之,仍正常进行工作。

早在20世纪50年代,天文学家们就梦想能制造一个探测器,到日冕去实地看个究竟,但当时没法制造出抗高温探测器。直到现在,当材料科学、计算机软件都迈上了更新更高的台阶后,人类才走近太阳,揭开日冕神秘面纱的时候才终于到来了。

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