帕克太阳探测器到火星要多久(近距离看太阳是什么样的)

自从我们诞生之初,太阳每天从地平线升起,让地球沐浴在阳光普照的温暖中。太阳是祥和谦恭的,但太阳爆发(超级太阳风暴)会给现代人类带来无尽的灾难。所以,从古至今我们一直对太阳充满感激、好奇和敬畏!2018年帕克太阳探测器发射升空!这艘杰出的无人宇宙飞船,至今保持着人类探测器最接近太阳表面的记录850万公里,并以高达每秒200公里的速度成为速度最快的人造物体,随着探测计划的不断进行,帕克太阳探测器将不断刷新自己创造的记录。

近距离看太阳是什么样的?太阳能给人类带来哪些灾难?太阳引力又强温度又高,帕克太阳探测器都有哪些黑科技,完成不可能完成的任务?

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近距离看太阳是什么样的?当我们凝视太阳表面时,能看到什么?

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作为太阳系的核心,太阳是我们唯一可以详细观察的恒星。我们对太阳了解的越多,对银河系乃至其他星系的了解就越多。

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几十年来,天文学家使用多种工具,包括地面望远镜和空间望远镜来观测研究太阳。太阳是一个巨大的球体,由难以想象的炽热等离子体组成。它没有固体表面,我们看到的“表面”被称为光球层。数万年之前形成的光子,经过不断反弹,最终挣脱太阳的束缚,经过8分20秒射到地球,到达人类身边,温暖着万物。虽然我们称它为表面,但光球层实际上是太阳大气层的第一层,也是我们可以直接观察到的最深层。它大约有500公里厚,考虑到太阳69,5500公里的半径,这一层相对较薄。光球层的温度约为6300摄氏度,这使其足以熔化钻石。

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这是使用井上建太阳望远镜拍摄的,是迄今为止最高分辨率的光球层图像。显示出太阳表面最小30公里的细节。光球层就像一锅煮沸的热汤,咕嘟咕嘟冒着炽热的气泡。这种魔幻的等离子冒泡很好解释,来自太阳内部的热等离子体上升到表面,在对流过程中冷却并下沉,与水在沸腾的锅中冒泡同理。在明亮区域可以看到炽热的新上升等离子体,而黑暗边缘则冷却并沉入太阳内部,最小的结构据估计也有中国青海省那么大。

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散布在整个光球层的还有太阳黑子,它们呈现出黑色暗斑特征。这些比地球还大的区域,温度只有2000~3000摄氏度比周围环境要冷得多,所以看起来很暗。太阳黑子是由强大的太阳磁场干扰引起的,这些磁场太强了,以至于一些热量无法逸出并到达表面。磁场非常活跃,经常纠缠、交叉、重组,同时引起突然的、强大的能量爆炸。我们看到太阳上突然亮一块,叫它太阳耀斑。

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大部分时候耀斑还伴随着日冕物质抛射,这些物质是含有数十亿吨带电粒子的巨大气泡,以极高的速度冲向太空。这就形成我们上面说的超级太阳风暴。

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太阳能给人类带来哪些灾难?

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几十亿年后,太阳变成红巨星会吞噬地球,人类也无法幸免。当然这个时间跨度太长,最近的灾难也是有的--超级太阳风暴。

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1859年9月1日,英国天文学家理查德·卡灵顿发现太阳表面出现湍流现象,这是有史以来最猛烈的太阳爆发(超级太阳风暴)之一。太阳爆发被科学家称为日冕物质抛射。超过数十亿吨的太阳粒子朝地球的方向袭来。根据卡灵顿的观测数据,科学家现在估计太阳爆发的速度超过了每小时800万公里。全世界都能看到它的影响。北极光和南极光通常只在两极出现,但是那天晚上,它们一直延伸到热带地区。英国仪器记录了剧烈的地磁波动。电报线路火花带闪电的成片烧毁,三个月后才得以修复。

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1989年3月,太阳风暴敲响了现代警钟。一场太阳风暴摧毁了加拿大魁北克电网,导致600万人断电长达9小时。据统计,这次太阳风暴给魁北克电网造成了一千万美元的直接损失,而停电给用户造成的间接损失则高达数亿美元。太阳耀斑大约以11年为一周期呈现出有规律的爆发高峰期。在高峰期内的2周半时间里,科学家们记录了17次太阳爆发,其中包括有史以来最大的太阳X射线爆发。太阳粒子损坏了28颗通信卫星,GPS导航系统停摆30个小时。

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2003年,万圣节太阳风暴并没有影响到地球。光子冲击波横扫火星,其强度之大,以至于烧毁了火星全球勘测者探测器上的辐射监测器。具有讽刺意味的是,这台仪器的设计初衷是,研究人类探险家未来在地球以外的任务中可能遇到的辐射。此时在前往遥远太阳系边缘途中的两艘旅行者号宇宙飞船,记录下了相同的太阳能脉冲。虽然太阳风暴对身处地表的人类健康没有威胁,但它会对现今这个日益依赖能源和技术的世界构成重大威胁。

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美国国家科学院曾发表一篇报告认为,像1859年那样的超级太阳风暴,仅第一年就可能给地球造成1至2万亿美元的损失。并且这种量级的超级太阳风暴,大约每150年就会袭击地球一次。照这个速度,不久之后地球可能还会再来一次。每一次猛烈的爆发,太阳都会放出另一个线索和警告,让我们为下一次超级太阳风暴做好准备。所以,我们才认真研究太阳,防患于未然,为迎接下一次挑战做准备。带着人类的希望,帕克出发了!

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太阳引力又强温度又高,帕克太阳探测器都有哪些黑科技,完成不可能完成的任务? 

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首先,我们要弄清帕克太阳探测器的任务目标,共有三个:

第一,追踪加热日冕与加速太阳风的能量流动。

(为什么光球层6300度,日冕层50万度)

第二,确定太阳风源头的太阳磁场的动力学和结构。

第三,确定传输和加速高能粒子的机制。

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其次,太阳引力超强,帕克探测器怎么接近太阳呢?

尽管太阳是我们整个太阳系的锚点,但要接近它并不容易。发射入轨时需要达到21.4公里/秒的速度,这是一个远远超出德尔塔V型火箭能力的速度。所以,德尔塔V型火箭为了给帕克探测器一个额外的推力,配备了特殊的第三级固体火箭,提供额外的3公里/秒的速度。与轨道中的每一个物体一样,帕克在接近近日点时会加速,远离时会减速。当探测器在太阳附近绕行时,它的速度高达每秒200公里,帕克将暂时成为速度最快的人造物体。帕克探测器在发射后将7次借助金星重力助推,来逐渐减小椭圆轨道的近日点。2018年11月帕克首次飞过近日点时与太阳光球层的距离约为2410万公里,2024年12月这一距离将减小到616万公里,约为日地距离的4%。在这些抵近飞越过程中,科学家能更好的认识太阳风的形成以及日冕的极端加热机理。整项任务共打算进行24次飞越,时间将持续到2025年。

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最后,太阳温度超高,帕克探测器怎么隔热呢?

这个秘密在于它头顶的白色护盾中。

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第一,护盾主要由直径11.4厘米的碳泡沫材料制成,这是一种迷人的材料,由超美材料创新实验室开发。在扫描电子显微镜下碳泡沫是这样的,一种类似无须蜂窝状的多孔材料。主体以开放空间为主,其内部体积97%的空间是空的。奇妙的结构和碳的热稳定性,提供了难以想象的隔热性能。接下来是碳碳复合材料,它是由石墨和有机粘合剂(如沥青或环氧树脂)结合制成的。这种混合物被涂抹到泡沫的每一面,然后,通过加热将粘合剂转化为纯碳形式,创建碳碳复合材料。

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第二,在面向太阳的一面涂上一层白色陶瓷涂料,以便在热量进入隔热罩之前,尽可能多地将热量从隔热罩反射出去。从这里开始,飞船的其他部分,除了一些专门的传感器和太阳能电池板外,主体都躲在遮阳罩的本影内,它们的工作温度稍微高于室温不会被烧毁。

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第三,帕克的机载电脑能实时调整遮阳罩相对于太阳的角度,保证精密仪器的安全。露在外面的传感器经过特殊设计不怕高温,负责收集太阳的电子和离子,使帕克有能力研究来自太阳的大规模爆发。太阳能电池板会适时调整自己的位置,在帕克飞抵近日点时,大部分收起躲在遮阳罩后面,只露出两块较小的辅助面板。太阳能板用水冷却,循环水通过太阳能板泵入黑色散热器,这些散热器连接在遮阳板下方的钛支架上。

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这是帕克探测器2021年飞过太阳日冕时,捕捉到的令人难以置信的照片。这是在探测器最接近太阳表面的5个小时中拍摄的,其中有带电气体和等离子体条纹,我们称之为日冕流光。除此之外,科学家还在分析帕克收集到的众多数据,以让我们更好的了解眼前这个大火球。

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