太白小君
生活中,人們對(duì)溫度的感知程度,相比其他濕度等物理量,要明顯得多。零下20 的冬天,寒風(fēng)刺骨,這是對(duì)低溫度的認(rèn)知,而在電視畫(huà)面中,我們看到煉鋼爐火紅的鋼水,溫度達(dá)到了1500 ,這是對(duì)高溫的認(rèn)知。
盡情地發(fā)揮你的想象力,在你的認(rèn)知中,帶給我們無(wú)盡光和熱的太陽(yáng),其溫度到底有多高呢?
地球離太陽(yáng)的距離很遠(yuǎn)很遠(yuǎn),有億公里,而在地球上,所獲得的太陽(yáng)輻射能量,僅僅只有太陽(yáng)總輻射能量的22億分之一。
太陽(yáng)光穿過(guò)層層阻礙,照射到地球表面,讓地球處于50 以下的適宜溫度,也因此孕育了地球上的一切生命。
可以想象,太陽(yáng)光穿透如此遠(yuǎn)的距離,這么多阻隔,輻射到地球,還能夠讓地球維持一個(gè)比較高的溫度,特別是處于夏季的半球和赤道地區(qū),地球表面的溫度接近50 。
因此,如果來(lái)到太陽(yáng)表面,那溫度確實(shí)是我們無(wú)法想象的。
在了解太陽(yáng)溫度前,先要了解下太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)。
太陽(yáng)由核反應(yīng)區(qū),輻射區(qū),對(duì)流區(qū),太陽(yáng)大氣層組成。
太陽(yáng)的內(nèi)核是核反應(yīng)區(qū),內(nèi)核溫度很高,每一秒都有6億噸物質(zhì)釋放能量,其最高溫度達(dá)到了2000萬(wàn)攝氏度。
內(nèi)核以外,很大體積是輻射區(qū),輻射區(qū)和對(duì)流區(qū)溫度開(kāi)始有所衰減,不過(guò)溫度也有約700萬(wàn)攝氏度到200萬(wàn)攝氏度之間。
太陽(yáng)大氣層由內(nèi)向外分別是溫度極小區(qū),色球?qū)樱^(guò)渡區(qū),日冕層,太陽(yáng)圈,溫度從150萬(wàn)攝氏度到5500攝氏度之間。
美國(guó)科學(xué)家尤金·帕克有個(gè)新奇的想法,是否可以采用探測(cè)器。
這一想法,聽(tīng)起來(lái)是那么的不可思議,畢竟太陽(yáng)的溫度那么高,任何東西靠近它,都會(huì)有直接融化的可能。
不過(guò),帕克可不是一個(gè)空想家,有了這個(gè)目標(biāo),帕克開(kāi)始著手研究太陽(yáng)特性和規(guī)律,1958年,首次預(yù)測(cè)到了太陽(yáng)風(fēng)的存在,隨著研究的不斷深入,陸續(xù)揭開(kāi)了關(guān)于太陽(yáng)的無(wú)數(shù)秘密。
事實(shí)上,已經(jīng)有很多探測(cè)器到訪過(guò)木星、土星等星球,有了這些科研基礎(chǔ),讓帕克更加堅(jiān)定了信心,想要研發(fā)出一款探測(cè)器,到太陽(yáng)表面去一探究竟。
2018年,這個(gè)時(shí)候,科學(xué)家帕克已經(jīng)90歲高齡了,不過(guò)他研究太陽(yáng)探測(cè)器的步伐從未停止。
在這一年,他宣布太陽(yáng)探測(cè)器設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)完成,并且已經(jīng)具備了發(fā)射條件。
8月11日,在帕克教授的見(jiàn)證下,以他自己名字命名的帕克探測(cè)器升空,在萬(wàn)眾矚目之下,開(kāi)始了它的近日旅行。
但是,盡管帕克探測(cè)器已經(jīng)發(fā)射升空,人們對(duì)這個(gè)探測(cè)器還是有一連串的問(wèn)號(hào)。它在其追日過(guò)程中,怎樣才能夠保護(hù)自己不被太陽(yáng)日冕區(qū)那近百萬(wàn)攝氏度高溫?zé)龎?,帕克探測(cè)器與太陽(yáng)接觸的最近距離有多少,到底需要多久才能到達(dá)目的地?
太陽(yáng)本身就是一個(gè)巨大氣體組成的氣團(tuán),并不像其他星球一樣,有一個(gè)堅(jiān)硬的外殼,帕克號(hào)探測(cè)器是無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)“登陸”,最終,探測(cè)器會(huì)到達(dá)距離600萬(wàn)公里的日冕區(qū),在這里與太陽(yáng)深情對(duì)視,這個(gè)位置是距離太陽(yáng)表面約9個(gè)半太陽(yáng)半徑的上方,這也是人類(lèi)首次如此近距離看到太陽(yáng)。
雖然不能與太陽(yáng)更為親密的接觸,但是,帕克探測(cè)器算是進(jìn)入了太陽(yáng)大氣的深層領(lǐng)地了,人類(lèi)與太陽(yáng)之間的距離又更近了一步。
舉個(gè)更形象例子,冬天取暖的篝火,你在距離1米的地方已經(jīng)很熱了,而帕克探測(cè)器相當(dāng)于在距離篝火4厘米的距離,類(lèi)比到太陽(yáng)系,帕克探測(cè)器已經(jīng)是目前能夠到達(dá)太陽(yáng)最近的物體了,而離太陽(yáng)最近的星球、水星,都相當(dāng)于有40厘米的距離。
在完成探測(cè)任務(wù)的時(shí)候,帕克探測(cè)器停留在日冕區(qū)的近圓軌道,而日冕區(qū)溫度高達(dá)百萬(wàn)攝氏度,帕克探測(cè)器也要抵擋百萬(wàn)攝氏度的溫度嗎?
而目前地球上,還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有能夠耐百萬(wàn)攝氏度的材料,不過(guò)事實(shí)是,百萬(wàn)攝氏度這個(gè)數(shù)字只是日冕物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)描述,也只是意味著其中的粒子熱運(yùn)動(dòng)速度極高而已。
如果在日冕的低密度環(huán)境下,就算是手持溫度計(jì),前去測(cè)量溫度,最終得到的,可能也不是什么太可怕的讀數(shù)。
根據(jù)計(jì)算得到,帕克探測(cè)器到達(dá)的最終目的地,其輻射強(qiáng)度是地球的520倍,折算下來(lái),其溫度達(dá)到了1400 左右,這個(gè)溫度已經(jīng)超過(guò)了地球上95%以上的材料熔點(diǎn)。
進(jìn)了日冕區(qū),探測(cè)器主要是受到了輻射熱,要阻隔輻射熱,也并不是沒(méi)有辦法,可以使用低導(dǎo)熱系數(shù)陶瓷基復(fù)合材料,來(lái)達(dá)到隔熱的效果。
1400 的情況下,沒(méi)有哪一種金屬材料能夠做到,在這么高的溫度下不融化。
因此,在探測(cè)器最前端,裝置碳纖維復(fù)合材料隔熱罩,一個(gè)厘米厚的隔熱罩,能夠阻擋大多數(shù)輻射熱,通過(guò)這樣的處理,在探測(cè)器陰影下,溫度僅有30多攝氏度,正好滿足了探測(cè)器設(shè)備工作最佳溫度。
我們知道,航天探測(cè)器使用的能量,一般都是來(lái)自太陽(yáng)能,并通過(guò)蓄電池儲(chǔ)存能量,而帕克探測(cè)器也遇到一個(gè)棘手的問(wèn)題,如果打開(kāi)太陽(yáng)能光伏板,光伏板不能抵抗1500 的日冕區(qū)環(huán)境溫度,但是如果不打開(kāi)光伏板探測(cè)器,那就意味著有沒(méi)有能量。
在研發(fā)過(guò)程中,帕克探測(cè)器工程師嘗試了很多種手段,最終找到了解決問(wèn)題的辦法。
如今,帕克探測(cè)器已經(jīng)在太空中遨游了2年多時(shí)間了,盡管它目前還沒(méi)有達(dá)到目的地,不過(guò)還是有了很多新發(fā)現(xiàn)。
1.無(wú)塵區(qū)域,科學(xué)家此前一直認(rèn)為人類(lèi)之所以能夠看到太陽(yáng),是因?yàn)樘炜罩谐錆M了塵埃,帕克探測(cè)器告訴我們,太陽(yáng)周?chē)幸粋€(gè)無(wú)塵區(qū)域;
2.太陽(yáng)風(fēng)的新特點(diǎn),太陽(yáng)風(fēng)是帕克教授首次發(fā)現(xiàn),帕克探測(cè)器觀測(cè)到太陽(yáng)擴(kuò)散出來(lái)的磁力線,以回旋的方式運(yùn)動(dòng),幾秒鐘就有180度;
3.太陽(yáng)風(fēng)加速,此前科學(xué)家一直認(rèn)為:太陽(yáng)赤道附近太陽(yáng)風(fēng)為450公里每秒,屬于低速運(yùn)動(dòng),而帕克探測(cè)器發(fā)現(xiàn),在極地附近有高度太陽(yáng)風(fēng),最高能到達(dá)900公里每秒;
4. 太陽(yáng)外面的大氣層,從里向外分為光球,色球,過(guò)渡區(qū),以及日冕。
帕克探測(cè)器正在按照既定規(guī)劃往前走,接下來(lái)的時(shí)間,讓我們拭目以待,期待它能夠帶給人們更多新發(fā)現(xiàn),解開(kāi)人們心中一個(gè)又一個(gè)謎團(tuán)。
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