新華社華盛頓8月12日電 新聞分析：人類(lèi)首個(gè)“觸日”之旅三大看點(diǎn)
新華社記者周舟
萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)，但太陽(yáng)是我們“最熟悉的陌生人”，對(duì)這顆人類(lèi)賴(lài)以生存的大火球，還有太多的問(wèn)題沒(méi)有弄明白。
8月12日，美國(guó)“帕克”太陽(yáng)探測(cè)器從佛羅里達(dá)州啟程，踏上人類(lèi)歷史上第一次近距離“觸摸”太陽(yáng)的逐日之旅。那么，它如何接近太陽(yáng)？有什么“防烤化”高招？又會(huì)帶來(lái)哪些新發(fā)現(xiàn)呢？
最快最近首“觸日”
首先從“帕克”自身談起，這個(gè)探測(cè)器重約635千克，大小如同一輛小汽車(chē)。美國(guó)航天局指出，這個(gè)探測(cè)器“相對(duì)較輕”，因?yàn)榻咏?yáng)需要巨大的能量。“帕克”使用當(dāng)前世界上推力最大火箭之一“德?tīng)査?”發(fā)射，所用發(fā)射能量是前往火星的55倍，比前往位于太陽(yáng)系邊緣的冥王星也多出一倍。
上天后，“帕克”將越飛越快，打破人造物體的飛行速度紀(jì)錄——在最接近太陽(yáng)時(shí)，一小時(shí)就能飛70萬(wàn)千米。按這種速度，只要一分鐘就能從華盛頓飛到北京。不過(guò)，要接近太陽(yáng)，還必須借助行星的引力踩“剎車(chē)”減速。這個(gè)行星，就是金星。“帕克”將7次近距離飛掠金星，利用其引力調(diào)整軌道并降低速度，從而逐漸靠近太陽(yáng)。
按計(jì)劃，“帕克”將于9月底第一次掠過(guò)金星，然后于11月首次抵達(dá)近日點(diǎn)。美國(guó)航天局說(shuō)，這時(shí)“帕克”距太陽(yáng)只有36個(gè)太陽(yáng)半徑的距離，約2500萬(wàn)千米，其實(shí)已經(jīng)成為史上最靠近太陽(yáng)的航天器。
“帕克”預(yù)定工作壽命7年，其間將環(huán)繞太陽(yáng)24圈，最終將飛至距太陽(yáng)表面約610萬(wàn)千米的最近點(diǎn)，只有不到10個(gè)太陽(yáng)半徑的距離。這意味著探測(cè)器進(jìn)入了日冕層內(nèi)。日冕是太陽(yáng)大氣的最外層，在這里，帶電粒子被加速到超音速并飛離太陽(yáng)，形成了可能危害地球的太陽(yáng)風(fēng)。
構(gòu)成太陽(yáng)風(fēng)的帶電粒子與太陽(yáng)表面之間相隔一段距離，這一間距的上層邊界被稱(chēng)為“阿爾芬點(diǎn)”。“阿爾芬點(diǎn)”距太陽(yáng)表面數(shù)十個(gè)太陽(yáng)半徑，此前尚未有航天器能直接觀測(cè)“阿爾芬點(diǎn)”之下的情況。“帕克”項(xiàng)目科學(xué)家、美國(guó)亞利桑那大學(xué)助理教授克里斯托弗·克萊因在一份聲明中說(shuō)：“如果‘帕克’進(jìn)入了‘阿爾芬點(diǎn)’之下，我們就可以說(shuō)它進(jìn)入太陽(yáng)大氣層并‘觸摸’到太陽(yáng)了。”
此前，最接近太陽(yáng)的人類(lèi)探測(cè)器是德美兩國(guó)共同研制的“太陽(yáng)神2號(hào)”，它曾于1976年飛至距太陽(yáng)表面約4300萬(wàn)千米的地方，是計(jì)劃中“帕克”與太陽(yáng)表面最近距離的約7倍。
酷熱高溫都不怕
太陽(yáng)表面溫度約6000攝氏度，而位于太陽(yáng)大氣最外層的日冕可達(dá)上百萬(wàn)攝氏度，“帕克”如何耐受得住太陽(yáng)之火而不被燒化呢？
美國(guó)航天局說(shuō)，盡管日冕溫度高得驚人，但因?yàn)槲镔|(zhì)密度低，可導(dǎo)熱粒子稀少，對(duì)航天器的影響實(shí)際上并沒(méi)有想象中那么大，這就好像手在熱烤箱里能比在熱水里堅(jiān)持更長(zhǎng)時(shí)間。按照他們的計(jì)算，“帕克”進(jìn)入日冕后，面向太陽(yáng)的那一面將僅被加熱到約1400攝氏度，盡管這個(gè)溫度也足以讓鐵熔化。
更重要的是，“帕克”面向太陽(yáng)的一面裝有厚約11.4厘米的防熱罩，由輕質(zhì)碳復(fù)合泡沫制成，表面涂有白色陶瓷涂料，可反射盡可能多的陽(yáng)光，使探測(cè)器內(nèi)部的工作環(huán)境可維持在30攝氏度左右。幾十年前，美國(guó)航天局就有探測(cè)日冕的計(jì)劃，但直到最近材料科學(xué)取得進(jìn)展，研制出了這種防熱罩，計(jì)劃才得以真正實(shí)施。
“帕克”探測(cè)器上也有設(shè)備沒(méi)有躲在防熱罩后，其中一個(gè)是被稱(chēng)為“法拉第杯”的傳感器，用來(lái)測(cè)量太陽(yáng)風(fēng)中離子和電子的相關(guān)數(shù)據(jù)。“法拉第杯”使用鉬合金制成，其熔點(diǎn)高達(dá)2349攝氏度，而為它產(chǎn)生電場(chǎng)的芯片由鎢制成，熔點(diǎn)高達(dá)3422攝氏度。
另外，設(shè)計(jì)人員采用金屬鈮制造電線，并用藍(lán)寶石晶管來(lái)隔熱，防止電線被烤化。
“帕克”探測(cè)器上還有多個(gè)高溫保護(hù)機(jī)制。比如，研究人員在防熱罩陰影的邊緣安裝了多個(gè)傳感器，一旦某個(gè)傳感器探測(cè)到陽(yáng)光，便會(huì)通知中央電腦，“帕克”探測(cè)器隨即自動(dòng)糾正姿態(tài)，確保內(nèi)部?jī)x器安全。
四大儀器解謎題
費(fèi)盡心機(jī)探測(cè)太陽(yáng)，并非只是滿(mǎn)足“奔日”夢(mèng)想，人們對(duì)太陽(yáng)的了解還遠(yuǎn)不充分，其中一個(gè)主要的未知領(lǐng)域是日冕物質(zhì)拋射和太陽(yáng)風(fēng)形成等太陽(yáng)活動(dòng)。比如，科學(xué)家尚不清楚太陽(yáng)風(fēng)中的粒子如何獲得加速度。另外，日冕溫度遠(yuǎn)高于太陽(yáng)表面，這也是一個(gè)謎。
為回答這些問(wèn)題，“帕克”探測(cè)器搭載了四大儀器，分別是測(cè)量日冕電場(chǎng)和磁場(chǎng)的FIELDS、記錄太陽(yáng)風(fēng)中粒子速度、密度和溫度等數(shù)據(jù)的SWEAP、直接給太陽(yáng)日冕拍照的WISPR以及測(cè)量粒子能量及種類(lèi)的ISIS。
美國(guó)航天局說(shuō)，“帕克”探測(cè)器將在日冕層展開(kāi)近距離觀測(cè)，希望能“革命性改變對(duì)太陽(yáng)的認(rèn)識(shí)”。同時(shí)，這項(xiàng)任務(wù)也將增進(jìn)對(duì)其他恒星的認(rèn)識(shí)，并有助更準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)重大空間天氣事件，從而更好地保護(hù)人造衛(wèi)星、宇航員以及地球上的電網(wǎng)和飛行器等。
“帕克”探測(cè)器以曾提出太陽(yáng)風(fēng)存在的美國(guó)物理學(xué)家尤金·帕克的名字命名?？粗?ldquo;帕克”升入云霄，這位91歲的老人在美國(guó)航天局電視直播中說(shuō)：“我想說(shuō)，哇，開(kāi)始啦，接下來(lái)的幾年我們將會(huì)學(xué)到一些新東西。”
