[科普中國(guó)]-敢摸太陽(yáng)！帕克探測(cè)器難道不怕被烤化嗎？

帕克探測(cè)器環(huán)繞太陽(yáng)飛行美國(guó)宇航局的帕克太陽(yáng)探測(cè)器將于8月4日搭乘聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的德?tīng)査蘒V重型火箭，從卡納維拉爾角空軍基地的第37發(fā)射架奔赴太空。帕克探測(cè)器將第一次飛入太陽(yáng)大氣層的最外層，也就是日冕。它將借助先進(jìn)的觀測(cè)儀器和成像設(shè)備，讓我們對(duì)日冕的認(rèn)知發(fā)生革命性變化，同時(shí)進(jìn)一步豐富我們有關(guān)太陽(yáng)風(fēng)起源和演化的知識(shí)。帕克探測(cè)器將遭遇溫度超過(guò)100萬(wàn)華氏度（約合55.5萬(wàn)攝氏度）的物質(zhì)，同時(shí)受到強(qiáng)烈陽(yáng)光的轟炸。不過(guò)，這顆探測(cè)器并不會(huì)有性命之憂。在設(shè)計(jì)上，定制的隔熱罩和自治系統(tǒng)是它的兩件法寶，能夠幫助帕克抵御猛烈的陽(yáng)光輻射，同時(shí)允許日冕物質(zhì)“觸摸”這艘飛船。工程師為帕克探測(cè)器安裝隔熱罩。這艘飛船將直接飛入太陽(yáng)大氣層，對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行近距離觀測(cè)帕克探測(cè)器的太陽(yáng)能電池板耐熱背后的科學(xué)帕克如何確保自身及所攜設(shè)備的安全？要想解答這個(gè)問(wèn)題，首先要理解熱量和溫度的概念。與我們的直覺(jué)相反，高溫并不一定意味著大幅加熱另一個(gè)天體。溫度用來(lái)衡量粒子的移動(dòng)速度，而熱量衡量的是它們轉(zhuǎn)移的能量總量。粒子可能快速移動(dòng)（溫度高），但如果粒子數(shù)量很少，它們就無(wú)法轉(zhuǎn)移大量能量（熱量低）。太空幾乎處于真空狀態(tài)，能夠?qū)⒛芰哭D(zhuǎn)移給帕克的粒子少之又少。以日冕為例，日冕的溫度雖然極高，但密度極低。把手放進(jìn)熱烤爐和把手放進(jìn)一壺沸水，會(huì)有怎樣的差異？與沸水相比，手在烤爐內(nèi)能夠在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)經(jīng)受住更高溫度的考驗(yàn)，因?yàn)樵诜兴?，手?huì)接觸更多粒子。類(lèi)似地，與太陽(yáng)表面相比，日冕的密度更低，帕克探測(cè)器接觸的炙熱粒子更少，因此不會(huì)獲得大量熱量。這意味著雖然帕克探測(cè)器會(huì)穿過(guò)一個(gè)數(shù)百萬(wàn)度的區(qū)域，但面朝太陽(yáng)的隔熱罩表面只會(huì)被加熱到1400攝氏度左右。為了盡可能多地反射太陽(yáng)熱量，隔熱罩的向陽(yáng)面采用了一種特殊的白色涂層防護(hù)盾加持 摸太陽(yáng)不算什么當(dāng)然，1400攝氏度仍舊是一個(gè)不可小覷的數(shù)字。相比之下，火山熔巖的溫度在700到1200攝氏度之間。為了抵御高溫，帕克探測(cè)器安裝了一個(gè)名為“熱防護(hù)系統(tǒng)”的隔熱罩。隔熱罩直徑2.4米，厚115毫米。隔熱罩表面雖然承受高溫，罩內(nèi)溫度卻只有30攝氏度。熱防護(hù)系統(tǒng)由約翰斯?霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)，在碳-碳先進(jìn)技術(shù)公司制造。這個(gè)隔熱罩就像是一塊三明治，兩塊碳纖維合成板夾著4.5英寸（約合11.5厘米）厚的輕型碳泡沫芯。為了盡可能多地反射太陽(yáng)熱量，隔熱罩的向陽(yáng)面還采用了白色陶瓷涂層。測(cè)試中，隔熱罩經(jīng)受住1650攝氏度的高溫考驗(yàn)。有了這個(gè)防護(hù)盾的加持，帕克不懼太陽(yáng)的炙烤，確保所有設(shè)備萬(wàn)無(wú)一失。6月5日，佛州泰特斯維爾Astrotech公司的處理設(shè)施，工程師和技術(shù)人員正在測(cè)試帕克太陽(yáng)探測(cè)器太陽(yáng)探測(cè)杯帕克探測(cè)器的儀器并非都躲在隔熱罩后面，共有兩臺(tái)儀器不受隔熱罩保護(hù)，其中包括太陽(yáng)探測(cè)杯。這臺(tái)傳感器也被稱(chēng)之為“法拉第杯”，在設(shè)計(jì)上用于測(cè)量太陽(yáng)風(fēng)離子和電子通量以及流動(dòng)角度。法拉第杯采用熔點(diǎn)2349攝氏度的鉭-鋯-鉬合金，為法拉第杯產(chǎn)生磁場(chǎng)的芯片由鎢制成。為了確保儀器能夠經(jīng)受住嚴(yán)酷環(huán)境考驗(yàn)，研究人員需要在實(shí)驗(yàn)室模擬極端熱輻射。他們使用粒子加速器和IMAX投影儀來(lái)提高溫度，以達(dá)到理想的測(cè)試效果。投影儀負(fù)責(zé)模擬太陽(yáng)的熱量，粒子加速器讓法拉第杯暴露在輻射環(huán)境下，以確定法拉第杯能否在極端環(huán)境下測(cè)量被加速的粒子。法拉第杯順利通過(guò)測(cè)試并且表現(xiàn)超出預(yù)期。暴露在測(cè)試環(huán)境下的時(shí)間越長(zhǎng)，法拉第杯的數(shù)據(jù)質(zhì)量越高。帕克項(xiàng)目參與者、密歇根大學(xué)安娜堡分校的賈斯汀·卡斯珀表示：“我們認(rèn)為輻射能夠清除任何潛在污染，基本上實(shí)現(xiàn)自我清潔?！?img src="https://img-xml.kepuchina.cn/images/newsWire/xjeIFf7YbpY8wux2ZkGGOef7IFsClesbODZt" alt="" />聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的德?tīng)査蘒V重型火箭發(fā)射升空帕克探測(cè)器獲取的數(shù)據(jù)將幫助科學(xué)家改進(jìn)危險(xiǎn)耀斑（如圖）的預(yù)測(cè)。強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴能夠破壞電網(wǎng)和干擾衛(wèi)星令人稱(chēng)道的降溫設(shè)計(jì)此外，帕克探測(cè)器還采用了其它設(shè)計(jì)來(lái)抵御高溫侵襲。每次靠近太陽(yáng)時(shí)，帕克的電池板會(huì)縮到隔熱罩的陰影中，只有一小部分暴露在強(qiáng)烈的陽(yáng)光照射下。帕克的太陽(yáng)能電池板還有一個(gè)超級(jí)簡(jiǎn)單的冷卻系統(tǒng)：一個(gè)經(jīng)過(guò)加熱的罐子，防止冷卻劑在發(fā)射期間凍結(jié)；兩個(gè)用于防止冷卻劑凍結(jié)的散熱器；用于讓冷卻面最大化的鋁翅片以及讓冷卻劑循環(huán)的泵。這個(gè)冷卻系統(tǒng)足夠強(qiáng)大，讓太陽(yáng)能電池板和儀器在面對(duì)太陽(yáng)熱量時(shí)不僅能夠正常工作，同時(shí)還能保持“涼爽”狀態(tài)。1月，宇航局開(kāi)始測(cè)試帕克探測(cè)器。這顆探測(cè)器在一個(gè)真空艙度過(guò)7周，模擬在太空中遭遇的嚴(yán)酷環(huán)境如何與探測(cè)器保持通訊？為確保帕克的安全，科學(xué)家還需解決一個(gè)問(wèn)題，那就是如何與這顆探測(cè)器通訊？整個(gè)旅途中，帕克基本上都是形單影只。帕克發(fā)出的訊息需要8分鐘才能抵達(dá)地球。這意味著如果工程師想在地球上控制帕克，在這8分鐘時(shí)間里，一旦出現(xiàn)紕漏，便無(wú)法及時(shí)修正。帕克探測(cè)器將對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行為期7年的觀測(cè),這顆探測(cè)器有兩塊太陽(yáng)能電池板在設(shè)計(jì)上，帕克能夠進(jìn)行自我保護(hù)。這顆探測(cè)器裝有多個(gè)半個(gè)手機(jī)大小的傳感器，分布在隔熱罩陰影的邊緣。如果任何一個(gè)傳感器感知到陽(yáng)光，便會(huì)提醒中央電腦，帕克隨即調(diào)整方位，確保傳感器及其它儀器的安全。向著太陽(yáng)前進(jìn)發(fā)射升空后，帕克探測(cè)器將觀測(cè)太陽(yáng)的方位，讓隔熱罩朝向太陽(yáng)。在隨后的三個(gè)月旅程中，它既要“擁抱”太陽(yáng)的熱量，又要保護(hù)自己免遭寒冷的太空真空環(huán)境侵襲。按照計(jì)劃，帕克觀測(cè)任務(wù)將持續(xù)7年，環(huán)繞太陽(yáng)24周。每次靠近太陽(yáng)，帕克都會(huì)采集太陽(yáng)風(fēng)樣本，研究日冕，同時(shí)對(duì)太陽(yáng)及周邊區(qū)域進(jìn)行前所未有的近距離觀測(cè)。在一系列革新技術(shù)的保護(hù)下，這顆探測(cè)器毫不懼怕太陽(yáng)的高溫。作者|蘇珊娜·達(dá)爾林文章由“科普中國(guó)頭條創(chuàng)作與推送項(xiàng)目”團(tuán)隊(duì)推出轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)自“科普中國(guó)”來(lái)源：https://phys.org/news/2018-07-sun-wont-parker-solar-probe.html