NASA成功发射“帕克号”:这趟人类史上最接近太阳的行动,他足足等了60年
我们想让你知道的是
约翰霍普金斯大学应用物理学实验室科学家福克斯(Nicky Fox)解释:“想像太阳与地球的距离是1公尺,那么帕克号就只离太阳4公分。”
美国航太总署(NASA)在当地时间11日凌晨3时31分从佛罗里达州,发射太阳探测器“帕克太阳探测器”(Parker Solar Probe),挑战进入距离炙热太阳约600万公里之处。若能顺利抵达,将是人类太空任务史上最接近太阳的行动,综合科学家的说法,若地球到太阳距离以百步计算,到了此处,距离太阳仅剩四步了。
“帕克太阳探测器”计画主持科学家福克斯(Nicky Fox)说,“帕克太阳探测器”(文后简称“帕克号”)预计将保持在与太阳表面距离1500万里处飞行,2024年可飞到距离太阳表层约383万里处、约616万公里,也就是此次航程最靠近太阳之处。
或许人们会说“383万里还是非常遥远”,但以一个100尺的足球场比喻地球到太阳的距离,这个距离等于已经完成96%,仅离太阳约4%的旅程,事实上“非常靠近”。上一次人类史上最接近太阳的时候,是1976年发射的“太阳神2号”4300万公里纪录。
这次高约3公尺、大小若等于一辆小型汽车的“帕克号”是由NASA与约翰霍普金斯大学应用物理实验室共同打造,耗资15亿美元。“帕克号”的任务是,飞近太阳探索及观测最外层大气层,借此了解日冕(Corona)如何产生太阳风(solar wind)。
“帕克号”原先要在昨日同一时间发射,但在发射前1分55秒突然出现技术故障,发射程序被迫终止,NASA事后解释为气态氦压力警报器发出警示,因此停止发射。刚刚顺利在美国佛州卡纳维拉尔角(Cape Canaveral)升空。
“帕克号”发射后预计绕过金星,接近太阳之后会进行一段时间的绕行,最后会下探进入太阳灼热的大气外层—即我们在日全蚀时,在太阳周围所看见宛如光环一般的日冕部份。
NASA于1958年成立时,便把近距离探日作为目标任务之一,帕克项目酝酿了60年,直到现在,科技发展才进步到足以支持人类探索太阳的梦想。主要有两个难关要克服:
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克服引力才能近距离飞越日冕
以力学的角度来说,为了抵销地球影响,“帕克号”这趟太阳之旅所需要的发射能量,比要到达火星多上55倍。所以,虽然“帕克”本身大小不过一般房车,为了到达目的地却需搭载在一架约72公尺高、15公尺宽的“三角洲4号运载火箭”(Delta IV Heavy)上头,内含高达600吨的燃料,这也让“帕克号”成为地球人史上移动速度最快的物体,预计最接近太阳时,时速可能达69.2万公里。
任务困难之处,就在于“帕克号”是否有办法脱离每小时10万7500公里的公转速度往太阳前进,因此,“帕克号”将前往金星,借助金星的引力进行7次加速来接近太阳。
若按照原定计画,“帕克号”可望在今年9月下旬左右飞过金星,并在11月时到达太阳,首批探测资料也将在12月传向地球。要收集到更精确大量的数据,估计要等到第二圈的飞行,也就是明年5月才能达成。在为期7年的任务间,“帕克号”会绕过金星7次,利用金星的重力调整绕行太阳的轨道。
能否抵御太阳的“极端高温”
“帕克号”总共会绕行太阳24次,并会飞越距离太阳表面光球(photosphere)上方大约600万公里处,在接近过程中,得飞过温度可高达摄氏300万度的日冕,若非该区大气浓度稀薄,恐怕根本办不到,但依然得近距离承受阳光的威胁。
“帕克号”上一层11.5公分厚、直径243.8公分长的碳防护罩,可抵挡摄氏1400度左右高温,面向太阳的那一侧还涂有特殊隔热层,用以反射太阳的高能辐射。此外帕克号搭载6种不同类型的散热保护功能仪器,包含冷却泵、散热器和太阳能接近警报系统等等,以因应遭遇故障或其他危急情况。
也隶属美国约翰?霍普金斯大学(Johns Hopkins University)的科学家福克斯(Nicky Fox)表示,由于环境危险因子很多,这项任务的每一步骤都困难重重,但若“帕克号”能顺利通过日冕的考验,即可以说是通过第一关,让研究人员松口气了。
探测器使用的隔热板,是4.5吋厚的碳复合材料,宽约8呎;探测器与太阳近距离接触时,隔热层及保护系统将首当其冲承受高温,确保大部分的飞行器与科学传感器,可保持在略高于室温水平。
太阳周围温度的分布非常奇妙,热能源于恒星核心,但其表面约只有摄氏5500度,日冕却能够达到100万度以上,这是人类尚未解开的谜团。
福克斯解释,若将太阳中心比喻为营火,当你越远离这个营火,温度反而越高,相当不可思议。“我们知道该区必定存在某种事物造成温度高涨,但却不知道那是什么。”这次的任务就是实地前往日冕找答案。
此外,另一项重要的任务,就是找出“太阳风”(solar wind)的动力来源。
“太阳风”在60年前还是个笑话
“太阳风”指的是自太阳表层射出的超高速电浆流,最高时速可到达160万公里以上。目前,学界已认识到“太阳风”的存在,其威力足以造成极光、让卫星偏离轨道、影响电力运输、让太空人暴露在高度辐射当中。
不过,1950年代一名叫帕克(Eugene N. Parker)的年轻科学家提出类似“太阳风”的想法时,却成为学界的笑柄。
1958年,当时年仅31岁的帕克,还只是芝加哥大学里一名没没无闻的教授,他在期刊《The Astrophysical Journal》上发表了一篇论文,其中描述太阳会向周围发射出源源不断的粒子,宛如水流自涌泉向外扩散一般。这个后来证实为正确的说法,在当年几乎没人相信。
“当年人们主流的论点是,太空是绝对澄净的,空无一物,完全的真空。”《纽约时报》访问现年91岁的帕克时,他如此说道。当时,审阅帕克所撰论文的学者认为内容荒诞,一度还拒绝刊登。直到1960年代卫星探测,才证实了太阳风确实存在。
如今,尤金.帕克(Eugene Parker)已经是芝加哥大学名誉教授、天文学家,退休20年的帕克距当年论文发表已过约60年,然而,NASA的“帕克号”才正要登空,也是NASA首次以在世人物命名太空船。
帕克也赴佛州甘迺迪太空中心,见证“帕克号”的发射,“不管结果如何,一定会有惊喜。”帕克说,常有人问他“为什么我们要去那么热的地方?”帕克回答,“因为我们确信在那里有非常有趣的事情发生。”
根据帕克的研究,太阳风是一种由太阳射出的超高速电浆的带电粒子流,当大规模爆发造成“太阳风暴”时,会对周遭行星包括地球造成影响。
当太阳发生激烈的日冕物质抛射(coronal mass ejection)便可能会对地球造成影响、引发地磁风暴(geomagnetic storm)。磁暴能干扰地球上的通讯与电力运作,造成卫星故障、通讯中断、影响飞机运行,也能使高压电线产生瞬间超高压、发生断电,同时也会使高纬度不少地方出现绚丽的极光。
磁暴的影响可持续几小时甚至数日,但人类目前仅能依赖卫星收集的太阳数据来预测磁暴的发生,且由于时速高达数百万公里,从风暴发生到对地球产生冲击,人类只有短短约12小时的事先预警时间。这次“帕克号”顺利升空,将会带领人类更深入了解太阳风暴,并协助人类更准确预测发生时间。