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可以进入太阳的探测器有多厉害?美国科学再次刷新了世界观


  来源: 宇宙与科学 时间:2021-12-16 编辑:清风
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准确来说,美国宇航局的帕克太阳探测器是超出我的想象,这绝对是人类工程奇迹,甚至可以与詹姆斯韦伯太空望远镜齐名。我原本以为这只是一个普通的太阳探测器,几十年前美国和欧洲都发射过类似的太阳探测器,但是……这篇文章我们直接切入正题,首先从帕克任务的难点开始。


1.太阳附近的环境非常恶劣,如果没有足够的安全热保护系统,航天器将无法生存,同时,帕克还必须兼顾辐射问题。辐射带来的问题远比高温更可怕,尤其是告诉太阳风粒子的活跃,太阳就是太阳风的起源,在太阳风粒子起源的地方转悠,被粒子击中的可能性将大大增加。


2.接近太阳也非常困难,在接下来的内容会具体讲到。


帕克太阳探测器的主要任务就是对太阳日冕层粒子以及周围环境进行数据取样,以揭示太阳日冕是如何被加热的,太阳风和太阳高能粒子是如何被加速的。50多年来,解决这些问题一直是恒星科学领域最重要的科学目标。在为期七年的任务中,帕克需要进行七次金星重力辅助加速,轨道异常复杂。不仅如此,帕克在巡航接近太阳的过程中还需要对太阳风的所有三形态(慢、快和瞬态)进行数据采样,因为太阳风结构,磁场,粒子速度等等会随着太阳活动的增加而日益复杂,美国宇航局在设计帕克轨道的时候就允许帕克对太阳高纬度太阳风粒子和赤道太阳风粒子进行扩展测量。


每个轨道有两个周期,一个入站周期和一个出站周期,出站与入站统称为快速径向扫描,在这些称为快速径向扫描的时间间隔内,航天器将在多次“绘制”扇形区域,然后在规定的大径向距离内对太阳风进行采样。这些测量将产生更多关于太阳风结构对空间和时间依赖性以及它们如何在内日光层中合并的信息。


为了通过获取关键数据和测量数据来回答地球轨道卫星和其他行星际空间探测器观测无法回答的问题,帕克太阳探测器必须足够的接近太阳,这也是帕克和之前的太阳探测器最大的不同。想要接近太阳,画好轨道,7次金星重力辅助还不够,还有一个关键单位也必须达标——速度,这也是为什么帕克太阳探测器飞行速度这么快的原因,帕克是目前最快的人造探测器,甚至超越了新视野号和旅行者系列探测器。


另外我看到大家经常把帕克和美国与欧洲一起合作的另一个太阳任务搞混,太阳轨道探测器和帕克这两项任务都是仔细地观察太阳外层日冕结构的探测器。我们知道地球上看,日冕只有在日全食时才可见,那时月亮挡住了太阳最强烈的光线,露出了外层大气的纤细、珍珠般的白色结构。


但是其实日冕并不像日全食时看起来那么微妙,日冕的许多行为都是不可预测的,帕克和太阳轨道探测器将一个远,一个近的探索太阳日冕层。这次帕克发现太阳日冕的带电气体是由一系列物理定律驱动的,这些定律我们在地球上无法实验。之前的一篇半专业文章为大家梳理了之前美国宇航局太阳任务发现的“之”字形太阳风磁场和S字形太阳风磁场,美国宇航局科学家们一直在研究让带电粒子和让磁场跳舞扭曲的细节,知道这个可以帮助我们理解两个关键问题:是什么使日冕比太阳表面热得多,是什么驱使太阳风粒子不断地以如此高的速度涌出。


美国宇航局科学家解释说:“帕克太阳探测器和太阳轨道器采用不同的技术,但作为任务,它们是互补的。他们将同时拍摄太阳日冕的照片,他们将看到一些相同的结构,在太阳两极发生了什么,在赤道上这些相同的结构看起来像什么。”


帕克代表人类,进入太阳日冕层,这不仅仅是一次突破,更代表着人类科学文明的最高水平,为什么这么说呢?让我们任务难点,看看帕克太阳探测器本身。和詹姆斯韦伯一样,帕克本身的存在就是艺术品,帕克一共携带了4套科学仪器,13个科学载荷,我只为大家介绍其中的一些,因为全都写完的话太长了,也太多了,美国宇航局任务介绍写的都没我长……


首先是SWEAP,SPC(法拉第杯)和SPAN(太阳探头分析仪)组成了SWEAP。法拉第杯不需要遮阳板的保护,它可以直接观察航天器周围的环境,并实时快速测量太阳风的整体特性。SPAN是航天器隔热罩后面的一组三个ESA静电分析仪,用于详细测量离子和电子的三维速度分布函数。SPAN在航天器总线的两侧分为两个模块。SPAN-A位于航天器的右侧,具有离子和电子ESA分析模块,而SPAN-B位于航天器的左侧,具有综合系统ESA。SPAN-A、SPAN-B这两个科学仪器有很多功能,比如它可以分析电子俯仰角分布、力矩,分析离子力矩,它还拥有全3D电子速度软件功能,全三维离子速度分布函数分析功能,质子体积分析功能,VDF 2D离子建模分析仪等等。


关键词:航天器 帕克太阳探测器 科学仪器    浏览量:2710

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