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美國宇航局瘋了!又要震驚全世界!

美國國家航空航天局成立於1958年之後不久,國家的頂尖科學家們編製了一份他們認為全新的太空總署應該追求的任務清單。考慮到當時只有三顆衛星發射,這些建議令人興奮。

研究人員提出了一種地球軌道望遠鏡,可以探測到宇宙中最遙遠的恆星,探測器將探索太陽系的其他行星,這是一項人類在月球表面著陸的計劃。

隨著時間的推移,每一個夢想都變成了現實——哈勃太空望遠鏡,孿生旅行者號宇宙飛船,阿波羅計劃。

除了一件事以外,所有的努力都是為了仔細觀察太陽,地球的光和熱的來源,以及可能破壞我們的衛星和炸我們的電網的太陽風暴。

這項技術花了幾十年的時間才使科學設備免受太陽猛烈射線的發明。

在最近的一個早晨,一艘與1958年設想的宇宙飛船在美國宇航局戈達德太空飛行中心的一個滅頂棚里。它的側板敞開著,以暴露其內部的工作原理——電子盒、推進箱、測量太陽磁場的儀器以及捕捉其混亂大氣的圖像。

飛船的隔熱罩被包裹在一個單獨的容器里,上面裝飾著大大的紅色字體,上面寫著「只有在監督下才能處理」和「不暴露在陽光下」。

工程師柯蒂斯·威爾克森(Curtis Wilkerson)指出了這些警告。今年夏天,帕克太陽能探測器將啟動一段旅程,它將以每小時45萬英里(724,205公里/小時)的速度掠過太陽大氣層,速度快得足以在一秒鐘內從華盛頓飛到紐約。

它將在距太陽表面400萬英里的範圍內飛行——比以往任何航天器的距離都要近7倍。

這種隔熱罩不僅會暴露在陽光下,它還必須承受2600華氏度(1427攝氏度)的衝擊波,同時在室溫下同時保持在另一側的儀器。

經過60年的科學技術進步,這艘飛船將探測我們的恆星的奧秘,並監測可能影響地球上每個人的行為。「我們最終會接觸到太陽,」任務的項目科學家尼古拉·福克斯(Nicola Fox)喜歡說。

「但首先,」威爾克森說,「我們必須把它送到發射台。」

威爾克森是約翰霍普金斯應用物理實驗室的系統保證經理,該實驗室建造了帕克太陽能探測器。他的工作是確保在宇宙飛船上工作的科學家和工程師遵循相應的協議來保護它。

金屬物體必須退磁,以免影響儀器。技術人員必須戴上髮網、手套和地面手環,以消除靜電,這樣他們就不會給航天器帶來衝擊。

即使是普通的筆記本也是被禁止的——取而代之的是,參觀者們都是被設計出來的特殊紙張,而不是用來去除顯微鏡下的碎片。儘管太陽周圍的環境可能很惡劣,但探測器在其一生中遇到的最大威脅是粗心的人類。

這裡是我坦白的地方:我在乾淨的房間里打了個噴嚏。如果出了什麼問題,我的粘液和我將承擔責任。

在威爾克森和他的同事們的幫助下,為了讓不可靠的人類(特別是流氓記者)進行檢查,APL的集成和測試負責人Annette Dolbow監督了將帕克太陽能探測器組裝在一起的過程。

在過去的幾個月里,在她的監視下,在全國各地的實驗室里建造了一套金屬部件,並將其結合成一艘大尺寸的、相形狀的飛船。

這一過程使得Dolbow非常熟悉探測器的怪癖。她把它比作蹣跚學步的孩子:討人喜歡,但卻不斷地給她帶來焦慮的理由。

一方面,有像太陽能探頭杯這樣的功能,它會從隔熱層後面伸出來,從大量的高能粒子逃逸太陽的過程中收集樣本。「這是我們擁有的最勇敢的小工具,」Dolbow說。

另一方面,還有探測器的冷卻系統,它的工作原理就像一個散熱器,裡面裝有5升壓力水,和以前飛船上使用的任何東西都不一樣。「水和電子——他們不是好朋友,」多爾博說。

Dolbow的團隊還將航天器進行了一系列測試,以確保它能夠應對飛行的危險——烘烤、搖晃、用激光爆破。

上周,他們開始了探測器最重要的試驗之一:熱真空測試。

在一個黑暗的40英尺高的房間里,飛船將在7周內冷卻到-292華氏度(-180攝氏度)來模擬太空的嚴寒,然後用與太陽最接近的路徑成比例的熱量進行爆炸。

工程師們將測試航天器的硬體,並在一系列令人痛苦的情況下進行飛行模擬。

隨著這一切的結束,宇宙飛船不得不被打包,運到佛羅里達,放在火箭上,然後從地球上發射出去。

通過金星,它將會得到一個重力的推動,需要旋轉進入一系列24個蛋形的軌道圍繞太陽。通過每一個靠近的方法,探測器將穿過太陽的大氣層,稱為日冕。

在那些時刻,關於一個百科全書的厚度的碳複合隔熱層將會是航天器和溫度足夠熱到融化鐵的溫度。

「這種技術30年前就不存在了,」戈達德(Goddard)的物理學家埃里克·克里斯琴(Eric Christian)說,他是帕克太陽能探測器主要儀器之一的副首席研究員。

為什麼要竭盡全力去接近太陽——一個多重希臘神話警告我們反對的努力?

正如克里斯蒂安所解釋的,這個故事開始於一個名叫尤金·帕克的年輕的太陽能科學家,他是第一個意識到來自電暈的帶電粒子流的太陽風比聲速快的人。

這一發現發表於20世紀50年代,最初被天體物理學家所否定,但隨後的直接觀測證實了這一點。

太陽風的加速仍然是「關於太陽的基本科學問題之一」,克里斯蒂安說。

這個懸而未決的謎團是為什麼美國宇航局如此渴望探索我們的恆星,以及為什麼太空總署採取了前所未有的步驟來命名太陽探測器,而帕克現在已經90歲了。目前還沒有其他航天器以活人的名字命名。

探測器還將研究兩個相關的謎團:為什麼太陽的大氣層比表面更熱?高能粒子是如何從日冕進入太空的?

「這些是我們試圖從9300萬英里(1.5億公里)以外的地方回答的問題,」克里斯蒂安說。「但事實是,你必須去行動的地方,才能真正了解正在發生的事情。」

答案與地球上的生命密切相關。太陽大氣的破壞會產生大量的電離氣體,稱為日冕物質拋射和太陽耀斑的爆發。

當CMEs與我們的行星的磁層相互作用時,它們產生的電流可能會穿過地面並破壞電網。

與此同時,太陽耀斑會干擾無線電通訊,並導致任何在地球磁場不受保護的宇航員的輻射中毒。預測這些事件將需要科學家們計算出我們天空中聚變反應堆的複雜物理。

「人們忘記了,」克里斯蒂安說,「但太陽是一顆變星。」

從地球上看,它看起來像是一個溫暖的單色天體。但是,基督教的繪畫更像是梵高的作品:從大氣中噴射出強大的輻射。長時間的等離子體被稱為磁環在其表面。超級熱氣體的爆裂氣泡把它們的東西噴向天空。

「這是一個充滿活力的地方,」克里斯蒂安說。「現在我們終於要去那裡了。


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