网站首页 首页 > 猎奇 > 宇宙 >  文章正文

借助帕克探测器:科学家有望破解太阳的一个最大谜团

发布时间:2019-06-09 09:33:21  作者:漫步宇宙  来源:漫步宇宙  阅读:193

      太阳外层大气层的温度为何超过日表?这是最大且历史最悠久的太阳谜团之一。密歇根州大学的科学家相信他们找到了这个问题的答案。他们认为外层大气层的加热机制与在这个区域内来回移动的小磁波有关。他们希望利用美国宇航局的帕克太阳探测器验证这一理论。
    借助帕克探测器:科学家有望破解太阳的一个最大谜团
      太阳外层大气层的温度为何超过日表,科学家至今无法给出一个确切答案
      两年后,美国宇航局的帕克探测器将成为史上第一艘进入太阳外层大气层的人造飞船。这一区域的加热机制与此前在太空中观测到的其它机制截然不同,是迄今为止最大的太阳谜团之一。密歇根州大学的科学家希望借助帕克太阳探测器验证他们的理论,即外层大气层的加热机制与在这个区域内来回移动的小磁波有关。
    借助帕克探测器:科学家有望破解太阳的一个最大谜团
      帕克探测器的个头与一辆家用掀背车相当,近距离飞掠太阳时与太阳的“亲密度”超过此前的任何人造飞船
      破解太阳外层大气层的谜团有助于科学家进一步了解和预测太阳天气。剧烈的太阳天气事件对地球电网构成严重威胁。作为第一步,科学家需要确定外层大气层的加热过程从何处开始,又在何处结束。相关理论层出不穷。一旦进入外层大气层,帕克探测器将直接观测这一区域的磁场和粒子,以确定何种因素导致外层大气层升温。
      密歇根大学气候与空间学教授、帕克项目首席研究员贾斯汀·卡斯珀指出:“这种过热的背后是怎样的物理学现象,我们尚不得知。500年来,这个谜团便一直困扰着我们。两年后,帕克太阳探测器将最终找到答案。”研究小组的论文于6月4日刊登在《天体物理学杂志快报》上。
    借助帕克探测器:科学家有望破解太阳的一个最大谜团
      按照计划,帕克观测任务将持续7年,环绕太阳24周。每次靠近太阳,帕克都会采集太阳风样本,研究日冕,同时对太阳及周边区域进行前所未有的近距离观测
      太阳外层大气层是一个“优先加热”的区域。在这个区域,温度全面上升。更怪异的是,个体元素会被加热到不同的温度。一些重离子的温度达到氢的10倍。如此高的温度导致外层大气层膨胀到太阳直径的数倍,这也就是为什么我们在日食期间看到日冕。卡斯珀表示日冕的加热谜团困扰了天文学家500多年。
      太阳外层大气层还存在所谓的“阿尔文磁流波”,在其最外缘和日表之间来回移动。在最外缘,也就是所谓的“阿尔文点”,太阳风的速度超过阿尔文波,阿尔文波不再返回太阳。卡斯珀说:“当你处在阿尔文点下方,你会沐浴在阿尔文波中。带电粒子被来自四面八方的阿尔文波偏移和加速。”
    借助帕克探测器:科学家有望破解太阳的一个最大谜团
      美国宇航局的Wind探测器,1994年11月1日搭乘德尔塔II型火箭发射升空
      为了估算日表与这个优先加热区之间的距离,密歇根大学的研究小组对美国宇航局Wind探测器几十年的观测数据进行了分析。他们计算了太阳附近的氦升温在多大程度上被太阳风朝着地球移动过程中包含的的离子对撞冲淡。测算氦温度衰减允许研究小组计算出外层大气层外缘与日表的距离。
      卡斯珀指出:“我们分析了所有数据,将其作为一个秒表,以确定太阳风过热后的时间流逝。因为我知道太阳风的移动速度,因此能够将这些信息转化成距离。”计算结果显示外层大气层外缘与日表的距离在10到50个太阳半径之间。由于某些数值只是估计值,不可能得出一个确切结果。
    借助帕克探测器:科学家有望破解太阳的一个最大谜团
      帕克探测器曾在一个真空舱度过7周,模拟在太空中遭遇的严酷环境
      最初,卡斯珀并不打断将他估算的外层大气层位置与阿尔文点进行比较,但他希望确定是否存在一个在物理上有意义的方位,形成外层大气层的外边界。在得知阿尔文点和其它表面随着太阳活动膨胀和收缩后,他和论文合著者、前密歇根大学博士后克里斯托弗·克莱恩重新进行了分析。分析过程中,他们将目光聚焦逐年变化,而不是考虑整个Wind任务。克莱恩现在亚利桑那州大学任教。
      卡斯珀表示:“让我感到震惊的是,尽管进行了完全独立的计算,外层大气层的外边界与阿尔文点步伐一致并且是以一种完全可预测的方式。如果将它们叠加在一起,它们会随着时间的推移做出同样的举动。”
    借助帕克探测器:科学家有望破解太阳的一个最大谜团
      帕克探测器的隔热罩就像是一块三明治,两块碳纤维合成板夹着4.5英寸(约合11.5厘米)厚的轻型碳泡沫芯。为了尽可能多地反射太阳热量,隔热罩的向阳面采用了一种特殊的白色涂层
      阿尔文点是否标记外层大气层的外缘?这个点的下方究竟发生了什么,导致重离子大幅升温?未来几年,我们将找到这些问题的答案。帕克太阳探测器于2018年8月发射升空,时年11月与太阳进行第一次见面。近距离飞掠太阳时,帕克探测器与太阳的“亲密度”超过此前的任何人造飞船。
      未来几年,帕克探测器将进一步靠近太阳,直至来到阿尔文点下方。论文中,卡斯珀和克莱恩预测因为外层大气层的边界随着太阳活动的增强不断膨胀,帕克探测器将于2021年进入太阳的外层大气层。届时,美国宇航局将直接从外层大气层获取信息,解答长久以来与之有关的所有疑问。
    借助帕克探测器:科学家有望破解太阳的一个最大谜团
      技术人员用激光照射帕克探测器的太阳能电池板,以确定能否形成电流并输送给飞船
      克莱恩指出:“借助帕克太阳探测器,我们能够通过本地测算来确定哪些过程导致太阳风加速和特定元素被优先加热。根据我们在论文中给出的预测,这些过程发生在阿尔文表面下方。这一区域靠近太阳,还没有一艘飞船造访过。这意味着这些优先·加热过程从未进行过直接测算。”
      卡斯珀是帕克探测器太阳风电子、阿尔法粒子与质子(SWEAP)项目的首席研究员。每次与太阳进行亲密接触,SWEAP的传感器都会捕获太阳风和日冕粒子,用以测量速度、温度和密度,为揭示外层大气层加热机制的谜团提供线索。