我们可以离太阳有多近?
644万公里是一段很长的距离,相当于绕地球上最宽的地方赤道连续160圈。这几乎是美国宇航局帕克太阳能探测器离太阳最近的距离。2018年8月,帕克太阳能探测器在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射。它的任务是探测和观察太阳的外部日冕,收集关于太阳的数据,为我们回答关于太阳的基本问题提供线索。
帕克太阳能探测器也将创造历史。它将在2025年离太阳最近,那时它的轨道距离太阳只有616万公里。如此密切的接触是前所未有的。1976年,美国宇航局的阿波罗2号探测器在离太阳表面4345万公里的范围内,比任何其他航天器都更接近天体。
帕克的太阳探测器的新记录将只有阿波罗2号和太阳之间距离的七分之一。地球和太阳相距1.5亿公里。例如,如果两个天体位于一个足球场的两端,那么帕克太阳探测任务就相当于从地球的一边一直飞到太阳另一边的球门线。
帕克的太阳探测器以芝加哥大学名誉教授物理学家尤金·帕克的名字命名,以表彰他对太阳物理学的贡献。这也是美国国家航空航天局第一次正式将一个活着的人命名为太空任务。到目前为止,太阳探测技术已经取得了很大的进步,但是科学家和工程师仍然需要记住一些限制,在短期内,我们将不会看到宇航员踏上太阳之旅。
高温和日冕之谜
显然,极高的温度是接近太阳的最大考验。太阳表面的温度可以达到5726摄氏度,几乎令人窒息。但是奇怪的是,太阳周围的区域更热。
在日食期间,你见过月亮后面的光环吗?那是日冕。这是一个围绕太阳的发光等离子光晕,代表了太阳大气层的最上层。日冕始于距太阳表面约2100公里处,并延伸到太空深处。
日冕的一些部分非常热,它们的温度可能是太阳表面温度的300倍。没人知道为什么。美国宇航局的研究人员希望帕克太阳能探测器能找到一些线索。
美国宇航局宇航员穿的宇航服可以保护他们免受高达121摄氏度的高温。太空旅行者在到达离太阳480万公里之前不会遇到如此极端的温度。在这个温度以上,宇航服的内部将变成一个蒸汽锅。如果你继续呆在宇航服里,你会脱水、晕倒甚至死亡。但是这些都是理论上的。在屈服于高温之前很久,勇敢的太空旅行者很可能已经被太阳辐射杀死。
致命辐射
太阳释放出大量的辐射,其中一些是我们可以感知的可见光形式。当你接近太阳时,一些危险的辐射会增加。太空深处的高放射性可能会导致心血管疾病。2016年的一项研究发现,飞离低地球轨道的宇航员比留在低地球轨道的宇航员更有可能死于心脏病或中风。
如果你只是穿着美国宇航局的普通宇航服漂浮在太空中,太阳辐射会在你到达地球和太阳之间的中点之前夺走你的生命。显然,你最好呆在飞船里。美国宇航局研究科学家埃里克·克里斯蒂安说,也许有一天,我们可以设计一艘宇宙飞船,将人类宇航员安全送到离太阳640万公里的地方。但是在我们考虑这么高风险的任务之前,最好先看看帕克的太阳能探测器取得了什么进展。
(太阳)风中的尘埃
为了保护大部分数据采集设备,帕克太阳能探测器安装了一个定制的隔热罩,由两块碳复合板、一层反射漆和一个轻质泡沫芯组成。防护罩看起来更像蜗牛壳:它不包裹整个探头,而是位于一侧。帕克的太阳探测器接收的热辐射强度是地球轨道卫星的475倍。当这个“热防护系统”面向太阳时,它将保护其背后的仪器免受热辐射,使探测器能够承受大约1370摄氏度的高温。
为了让帕克探测器成功完成工作,热防护系统需要持续面对太阳。螺旋桨可以随时将防护罩调整到正确的位置。当然,螺旋桨也需要燃料,帕克探测器总有一天会耗尽燃料。根据设计目标,帕克的太阳能探测器将围绕太阳运行至少24次。在2025年任务结束后,推进器将没有足够的燃料继续工作,探测器未受保护的部分将转向太阳并分解,变成大量太空尘埃。
穿越水星轨道
帕克太阳能探测器的历史可以追溯到美国宇航局的早期。1958年10月24日,在该机构成立后不到三个月,其中一个委员会提出了一个雄心勃勃的提议:在水星上方发射一个人造探测器来近距离观察太阳。
水星通常距离太阳4600万到7000万公里。帕克的太阳探测器将穿越水星轨道并接近太阳。在太空中,它将收集关于太阳风的信息。尤金·帕克(Eugene Parker)在20世纪50年代首次提出了太阳风理论,这仍然是一个鲜为人知的现象,但科学家们已经知道太阳风有时会摧毁卫星,混淆地球上的全球定位系统信号和无线电通信。如果帕克的太阳能探测器能帮助我们找到预测太阳风的方法,它最终可能会为世界节省数万亿美元。