太陽(yáng)溫度如此恐怖：NASA將對(duì)其發(fā)射探測(cè)器

美國(guó)航空航天局（NASA）正在準(zhǔn)備發(fā)射一個(gè)前往太陽(yáng)系中心的探測(cè)器。該探測(cè)器將以每秒200公里的速度飛掠太陽(yáng)，同時(shí)承受超過1371攝氏度的高溫。

日冕物質(zhì)拋射（Coronal Mass Ejections，CME）往往與耀斑等太陽(yáng)活動(dòng)聯(lián)系在一起，有時(shí)會(huì)給地球帶來嚴(yán)重威脅。在日冕物質(zhì)拋射期間，太陽(yáng)表面釋放出大量的帶電粒子，會(huì)對(duì)地球的電力系統(tǒng)、飛行器和衛(wèi)星造成破壞。更嚴(yán)重的是，這些帶電粒子還可能傷害國(guó)際空間站上缺乏地球大氣層保護(hù)的宇航員?；谶@些考慮，科學(xué)家非常希望能對(duì)日冕物質(zhì)拋射等太陽(yáng)活動(dòng)做出預(yù)測(cè)。

因此，史密松天體物理臺(tái)和查爾斯·斯塔克·德拉普爾實(shí)驗(yàn)室（Charles Stark Draper Laboratory）——一家總部位于馬薩諸塞州坎布里奇的非盈利工程機(jī)構(gòu)——正合作為NASA開發(fā)太陽(yáng)探測(cè)器所需的特殊傳感器。根據(jù)NASA的計(jì)劃，該探測(cè)器將于2018年發(fā)射，將飛到太陽(yáng)大氣層內(nèi)部并“觸摸”太陽(yáng)表面，以獲得更多有關(guān)太陽(yáng)活動(dòng)的信息。

這個(gè)探測(cè)器被稱為“太陽(yáng)探測(cè)器+”，目前正在約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造。一旦發(fā)射成功，SPP將在接近7年的時(shí)間里7次飛掠金星，以逐步縮小環(huán)繞太陽(yáng)的軌道。在此期間，它還將24次飛掠太陽(yáng)，并經(jīng)過太陽(yáng)的上大氣層（日冕），與太陽(yáng)表面的距離縮短到640萬(wàn)公里以內(nèi)。

在這一距離上，SPP將比歷史上任何航天器都要靠近太陽(yáng)——比之前的紀(jì)錄近了3760萬(wàn)公里。與此同時(shí)，SPP還將成為人類建造的速度最快的物體——達(dá)到每秒200公里。此外，它還將暴露在以往任何航天器都不曾經(jīng)歷過的極端高溫和輻射下，屆時(shí)溫度將超過1371攝氏度。

正如查爾斯·斯塔克·德拉普爾實(shí)驗(yàn)室太空系統(tǒng)項(xiàng)目辦公室主管謝默斯·圖伊在新聞發(fā)布會(huì)上所說：“這樣的任務(wù)將要求航天器及其中的儀器能夠承受極端的輻射、高速飛行和惡劣的太陽(yáng)環(huán)境——而這正是德拉普爾實(shí)驗(yàn)室和史密松天體物理臺(tái)所非常熟悉的那種項(xiàng)目?！?/p>

除了作為探索先驅(qū)的歷史意義，這個(gè)探測(cè)器還將提供有關(guān)太陽(yáng)活動(dòng)的新數(shù)據(jù)，幫助科學(xué)家預(yù)測(cè)可能嚴(yán)重沖擊地球生命的重大太空氣象事件。在如今這個(gè)人們?cè)絹碓揭蕾嚰夹g(shù)的時(shí)代，太陽(yáng)耀斑及日冕物質(zhì)拋射對(duì)人類生活的負(fù)面影響也越來越大。

根據(jù)美國(guó)國(guó)家科學(xué)院近期一項(xiàng)研究的估計(jì)，一場(chǎng)大規(guī)模的太陽(yáng)活動(dòng)事件將給美國(guó)帶來2萬(wàn)億美元的損失，而美國(guó)東海岸等地區(qū)可能將面臨長(zhǎng)達(dá)一年的電荒。如果沒有電力，人們就無法獲得包括供暖、空調(diào)、燈光在內(nèi)的各種服務(wù)，由此造成的死亡率將會(huì)十分驚人。

因此，開發(fā)先進(jìn)的預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)日冕物質(zhì)拋射等太陽(yáng)活動(dòng)進(jìn)行可靠的預(yù)測(cè)，不僅是避免經(jīng)濟(jì)上的損失，而且是在拯救生命。正如史密松天體物理臺(tái)首席研究員及密歇根大學(xué)太空科學(xué)教授賈斯汀·卡斯珀所說：“除了回答一些基礎(chǔ)的科學(xué)問題，該任務(wù)的目的還在于更深入地了解太空氣象對(duì)現(xiàn)代通訊、航空業(yè)和能源系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

如果一場(chǎng)大型太陽(yáng)風(fēng)暴發(fā)生在今天，現(xiàn)代社會(huì)中我們賴以生存的許多系統(tǒng)——電信服務(wù)、全球定位系統(tǒng)、衛(wèi)星和電網(wǎng)等——都將在一段很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)受到干擾。‘太陽(yáng)探測(cè)器+’將幫助我們預(yù)測(cè)并應(yīng)對(duì)太空氣象事件對(duì)人類社會(huì)的沖擊。”

為了實(shí)現(xiàn)這一目的，SPP肩負(fù)著3個(gè)重要的科學(xué)任務(wù)。首先，它將追蹤促使日冕和太陽(yáng)風(fēng)升溫和加速的能量流；其次，它的探測(cè)儀器將確定作為太陽(yáng)風(fēng)能量來源的等離子體和磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)；最后，它還將探索高能粒子——特別是電子、質(zhì)子和氦離子——的加速和運(yùn)輸機(jī)制。

SPP將攜帶一套先進(jìn)的儀器來完成這些任務(wù)。其中最重要的一臺(tái)儀器被稱為“法拉第杯”（Faraday Cup），由史密松天體物理臺(tái)建造，德拉普爾實(shí)驗(yàn)室提供技術(shù)支持。該儀器以電磁學(xué)上有卓越貢獻(xiàn)的麥可·法拉第的姓氏命名，將由史密松天體物理臺(tái)和密歇根大學(xué)負(fù)責(zé)運(yùn)行。

按照設(shè)計(jì)，法拉第杯將能夠承受極端電磁輻射的干擾，對(duì)太陽(yáng)釋放的帶電粒子進(jìn)行速度和方向測(cè)量。該儀器將放置在SPP的防護(hù)罩外側(cè)。由碳制成的防護(hù)罩是SPP的另一個(gè)關(guān)鍵部件，厚度達(dá)到11.43厘米，它將確保探測(cè)器承受住多次飛掠日冕時(shí)面臨的極端條件。

當(dāng)然，SPP任務(wù)不僅要在極端的環(huán)境條件下采集數(shù)據(jù)，而且還必須經(jīng)受住極端高速飛行的考驗(yàn)。不過，這些努力都是值得的。多年以來，天文學(xué)家一直在研究太陽(yáng)，但從來沒有在太陽(yáng)大氣層內(nèi)部進(jìn)行過觀察。

通過飛掠高能太陽(yáng)粒子產(chǎn)生的地方，SPP任務(wù)將大大擴(kuò)展我們對(duì)太陽(yáng)的認(rèn)識(shí)，了解太陽(yáng)風(fēng)的產(chǎn)生和演變。這些知識(shí)不僅能幫助地球應(yīng)對(duì)可能的自然災(zāi)難，而且能幫助我們實(shí)現(xiàn)探索（甚至殖民）太陽(yáng)系的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)。