下一站太陽：探測器帕克將進入太陽大氣層

Credit: 銳景創意

短短几周后，NASA就將啟動其最雄心勃勃的太空探測計劃。帕克太陽探測器Parker Solar Probe將與太陽發生「親密接觸」——以前所未有的超近距離靠近恆星表面。

NASA發布在youtube上的動畫模擬

帕克變換軌道，三條最近的軌道將使它距離太陽表面610萬公里，那裡實際上已經處在太陽外部大氣層或日冕中，溫度達到百萬開爾文。

在那樣的條件下，即使是最抗高溫的材料也會被熔化——畢竟，金星表面僅大約733開爾文(460攝氏度)的溫度就令俄羅斯在20世紀80年代發送的探測器中的電子設備出現了故障。

正如NASA所解釋的那樣，保護帕克的訣竅在於溫度和熱量之間的微妙差異，以及空間密度。

溫度是粒子運動速度的衡量標準，但熱量是它們實際傳輸的能量。在太空中，你可以讓粒子運動得非常快，但不會傳遞大量的熱量，因為這些粒子之間有足夠的空間。

「帕克探測器穿越的日冕就是溫度極高但密度非常低的區域。」美國宇航局的蘇珊娜·達林解釋說。

「就像是把你的手放射進烤箱中與伸到一盆開水中之間的區別(不要嘗試！)——在烤箱里，你的手要在相當的時間後才會覺得難以忍受，因為它必須與更多粒子相互作用才能獲得足夠高的熱量，而開水將會瞬間燙傷你的手。」

「同樣地，與太陽的可見表面相比，日冕的密度較小，因此航天器只會與較少的熱粒子相互作用，並且不會承受太多的熱。」

這意味著籠罩了探測器上大部分電子元件的隔熱罩只會被加熱到大約1644°K(1370°C)。

這真是太棒了。

隔熱罩由兩層的碳—碳複合板製成，中間夾了一個11.5厘米厚的碳泡沫芯。

朝向太陽的一面塗有亮白色陶瓷漆，它會儘可能地偏轉太陽的光線；保護罩的直徑約為2.4米。由於泡沫輕盈，整個重量僅為72.5千克。

並且令人驚訝的是，它可以將身下的儀器的溫度保持在300開爾文(30°C)以下。

對於那些不得不在保護罩之外運作的儀器，科學家就要為它們準備特殊的材料。探測器用於捕獲帶電粒子並測量其流量的法拉第杯，是由鈦鋯鉬合金製成，其熔點約為2622開爾文。

產生儀器電場的晶元是用鎢鍛造的，這種金屬是已知熔點最高的金屬——3695開爾文。

電線由鈮製成，其熔點為2750開爾文。探測器身體上的感測器將幫助它糾正其方向，以保證精密的儀器不會暴露在太陽的灼熱光線下。

至於說收集太陽能為探測器供電的電池板，它們可以縮回到隔熱罩後面，以防止太靠近太陽時出現過熱損毀。

當帕克暴露在最極端的溫度下時，探測器會使用加壓去離子水作為冷卻劑。

我們不得不承認，它無與倫比的巧妙工程設計。我們也迫不及待地想看看帕克穿越狂暴的太陽風和更加險惡的太陽大氣環境，從太陽那裡發現什麼新的秘密。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

註：恆星天體物理學家尤金·帕克在1958年意識到，日冕放射出來的帶電粒子太陽風的傳播速度比聲音的速度還要快。為了紀念他，人們將首支太陽探測器命名為帕克。它的主要目標是調查太陽活動中的兩個神秘的現象：為什麼恆星大氣層比表面溫度還要高，以及高能粒子是如何加速離開日冕進入太空的。

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