封面新闻记者 张峥
与太阳亲密接触的极限距离是多少?目前的答案是610万公里。
12月24日,人类探测器“帕克”到达距离太阳最近的位置,这也是人类历史上第一次有物体如此之近地接触太阳。
是的,610万公里的距离,“已经算是很接触太阳‘皮肤’了。”“如果把帕克当成一个温度计、太阳当成一个发烧病人脑袋的话,这个温度计距离他皮肤的尺度只有4个脑袋的距离。而地球距离太阳有109个脑袋那么远。”西南交通大学天体物理中心学者刘煜做了一个形象的比喻。
飞向太阳 图据NASA
这次飞越太阳的历史性时刻,将为人类带来更深刻的对太阳奥秘的理解,为未来太空探索和月球任务提供宝贵的科学数据。据报道,12月24日之后,帕克太阳探测器将以每秒191公里的速度飞行,经过几天时间远离太阳的干扰辐射,然后开始将数据传回地球。
与太阳的第24次亲密接触
2018年8月12日,一个以科学家帕克名字命名的探测器,带着困扰科学家们60余年的太阳风如何加速、高能太阳粒子来自何处的问题飞向太阳。至今已过去6年零4个月。
在此之前,人类发射的距离太阳最近的探测器是美国在1976年发射的太阳神2号,它离太阳最近的距离约4300万公里,是帕克的7倍。此外还有信使号水星探测器,2020年欧洲与美国联合发射的Solar Orbiter(环日轨道器)等,12月25日,封面新闻采访了西南交通大学天体物理中心学者刘煜、沙飞扬。
但是,都比不上帕克挺近的距离。它飞行了24次,在这个过程中它不断地向金星借力,通过金星的引力和运动进一步获得速度变化,逐渐降低其轨道近日点,以每秒191公里的速度,无畏地逼近设定轨道上的近日点。
“我很好,还在工作”
“过去,我们成功在月球、火星、金星等天体上实现了飞跃或着陆,但从未在恒星上实现。帕克探测器首次‘触摸’到了恒星,这标志着人类在科技、工程和探索上的巨大突破,也为解决太阳活动问题、灾害性空间天气预警提供了全新的视角。”刘煜告诉封面新闻。
在接近太阳的过程中,帕克面临的是几千到上百万摄氏度的高温、辐射,以及与地球“失联”。为了避免帕克被太阳烧掉,科学家们给它“穿上”了一件直径约2.4米、厚度达11.4厘米的“外衣”。这种创新性的热防护系统(TPS),以碳复合材料制造,可以承受超过1400摄氏度的高温。“1400度接近铁的熔点,足以熔化大部分金属,对大多数材料构成威胁。”刘煜介绍,但是这种碳复合材料“耐高温,密度小,是目前所知唯一一种到2500℃强度不降低的材料。它最大的特点是强度随温度的升高不降反升。在碳复合材料外还有一层白色氧化铝薄膜,能够反射掉大部分太阳辐射,少数透过的辐射由碳复合材料吸收。”
如果要与地球通讯,则需要运行到远日端。在日冕中进行科学探测时,帕克只能向地球发出“我很好,还在工作”这样非常有限的信息,也听不到地面对它的指令。很多时候,它都只能孤身一人承受着来自太阳的炙热辐射,在日冕中独自追寻着太阳风的秘密。
“你说我弄错了 那你来试试”
帕克探测器的命名,来源于已故的现代太阳风和磁重联理论的奠基人、美国科学院院士——尤金·纽曼·帕克(Eugene Newman Parker)。2018年,91岁高龄的他见证了以自己名字命名的航天器“帕克”发射。
帕克太阳风探测器命名仪式上的帕克教授(图片来源:NASA)
然而,当年轻的帕克还在芝加哥大学工作时,日地物理界认同的理论是,太阳大气是静止的。而帕克通过研究发现,太阳大气不是静止的,而是动态的。在日冕几百万的的高温驱动下,整个日冕将会沸腾,有些东西将会喷涌而出。他决定把这些物质叫做太阳风。然而,当他把论文一遍又一遍投给专业杂志时,结果都是石沉大海;在一次又一次的学术会议上,他的理论总是招来尖锐的批评。
“如果你们认为我错了,那你证明给我看。”在一片苦痛中,帕克将希望寄予在了人类刚刚拥有的航天能力上。“人们或许会问,这些理论该如何被检验。我想,不久之后就能获得决定性的证据。”
帕克采访 图据网络
1962年,水手2号探测器探测到了远离太阳的高速带电粒子流,证明了太空不空,太空中有太阳风。
探索恒星的路 还有多远
“探索恒星的路还长,只一颗距离我们最近的太阳尚有太多问题未解决,如太阳磁场的起源、太阳活动的起源、日冕加热问题等,更别说太阳系外无数的恒星、巨星、矮星,还有双星系统、三星系统等等。”听到帕克探测器“触摸太阳”的消息后,太阳物理学界是兴奋的,“昨天抵达610万公里的距离尺度,是人类探测器距离太阳表面最近的一瞬间,值得庆贺。不过仍然还是太远,不过瘾,希望以后中国探测器能到100万公里以内那就是更大的突破了。”刘煜很是激动,“这需要进一步提高多个关键技术,如轻质耐高温材料的研究、深空数据传输技术等。”
如今,帕克那篇被多次被拒稿、发表后又遇冷的论文,已经被引用了1916次(2018年7月26日ADS数据库数据)。科学探索的路上,充满着误解、否定与权威,而我们能做的,是等待、坚持与证明。