帕克追日,即将成功,帕克探测器如何接近百万度高温的太阳?
在神话故事中,有一个夸父,他为了能够将太阳摘下,日复一日追赶太阳;在现实世界中,有一个帕克,他毕生致力于研究太阳、了解太阳,他的梦想是能够研发一个太阳探测器,到太阳表面去一探究竟。
现在,当我们在初中地理课上第一次听老师讲解太阳的结构,就会接触到一个叫做“太阳风”的东西,太阳风实际上就是太阳上层大气射出的超声速等离子体带电粒子流,它的活动会影响到地球,然而就在60多年以前,人们还不知道太阳风的存在,而且在有人预测了太阳风的存在后,也没有人愿意去相信,而预测太阳风存在的这个人就是尤金·帕克。帕克生于1927年,在感受到物理学强大的魅力之后,他义无反顾地投入到了科学研究之中,并在毕业后获得了一份芝加哥大学的教职工作,他当时的上司便是著名的天体物理学家约翰·辛普森。故事就从这里开始。
这一天,辛普森教授收到了一份研究报告,这份报告是由比尔曼博士所作出的,这份报告的核心内容就是“太阳的大气和地球不同,不是静止的,而是运动的”。
这种观点是对当时主流科学的一种挑战,辛普森觉得非常荒谬,甚至于懒得作出回应,于是便将报告交给了自己的下属帕克,让帕克去纠正他。结果帕克在进行了深入的研究之后,得出了结论:比尔曼是对的,辛普森和整个科学界都错了。年轻的帕克大胆地顶撞了自己的上司,但这并没有改变辛普森的想法,辛普森对他说:“你可以发表论文,但不要带上实验室,更不要提到我,这很丢脸”。从此,毫无背景的帕克便踏上了艰难的发表论文之路。一个毛头小子带着一个与整个学术界为敌的观点试图在专业期刊上发表论文,难度可想而知。
此时的帕克遇到了一个人,美籍印度裔天文学家钱德拉塞卡。这个名字是不是很耳熟?白矮星的质量不能够超过太阳质量的1.44倍,这个极限就被称之为钱德拉塞卡极限。
当时的钱德拉塞卡正任职《天天物理学报》的主编。当钱德拉塞卡看过帕克的论文之后,同样认为这是瞎扯,但他还是给了帕克发表论文的机会,因为他在提出钱德拉塞卡极限的时候,也不被世人所接受,所以他觉得即便是看起来再没谱的理论,也应该给一个机会。帕克的论文发表了,他成为了第一个预测太阳风存在的人,而当时的帕克只有31岁,在数年之后,人类终于证实了太阳风的存在,帕克也因此而名声大噪。
帕克毕生都致力于太阳的研究,并且他认为只是远距离地观察和研究太阳是不够的,人类应该到太阳的身边去看一看。
这是一个不得了的想法,因为只是听到这个想法,就感觉难以实现,因为太阳太热了。太阳的结构,可以分为内部和大气两个部分,通常我们所说的色球层、光球层、日面层等等这些其实都是属于太阳大气,它们的温度从200万摄氏度到700万摄氏度不等,而在太阳大气之内,太阳还有一个内部区域,这里的温度高达2000万摄氏度。即便是太阳日冕层的温度也有数百万摄氏度,如何能够接近呢?
温度的本质其实就是粒子的运动速度,温度越高则运动速度越快,而这百万摄氏度的高温指的就是粒子热运动速度极高,而并非辐射温度。通俗一点来讲,就是温度很高,但密度很低,就好比将开水放在喷雾瓶里,喷在皮肤上,感觉并没有那么烫。所以太阳表面的辐射温度也就几千度。
在经过多年的研究之后,在2018年8月11日,年逾90岁的帕克终于亲眼目睹了帕克太阳探测器升空的全过程,而它最终的目的地就是距离600万公里的日冕区。
根据计算,帕克探测器若想完成任务,必须要耐得住1400摄氏度的高温,为此,它特别装配了碳纤维复合材料隔热罩,在隔热罩的阴影之下,探测器始终能够保持正常的工作温度。虽然现在帕克探测器还没有到达最终目的地,但已经有了很多新的发现,比如在太阳的周围存在着一个无尘区域、在太阳的极地附近存在着与其它地区不同的高速太阳风,随着探索进一步深入以及探测器距太阳越来越近,相信未来也许还会有更多新的发现。