深空时代来临,探日究竟有何魔力?



深空时代来临,探日究竟有何魔力?

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深空时代来临,探日究竟有何魔力?


10月14日在太原卫星发射中心 , 中国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”搭载长征二号丁运载火箭成功升空 , 开启种花家自己的太阳探测之路 。 羲和这个名称是来自于古代神话中的太阳女神名字 , 蕴含着“效法羲和驭天马 , 志在长空牧群星”的含义 。
人类追逐太阳的历程是从图腾崇拜时代开始 , 原始土著人群曾经将太阳当作神明来崇拜 , 我们自己的古籍中也有关于太阳的记载 。 世界公认的最早太阳黑子记载是在《汉书五行志》上:“成帝河平元年三月乙未 , 日出黄 , 有黑气 , 大如钱 , 居日中央” 。 而西方直到1610年 , 意大利天文学家伽利略首次用望远镜看到了太阳黑子 , 发现黑子是太阳表面非常普遍的现象 。
直到今天研究太阳的脚步也没有停下来 , 仍然驶向深处 。 近十年 , 宇航技术、深空探索取得越来越多的成绩 , SpaceX成功回收火箭 , 贝索斯家的蓝色起源将自家老板贝索斯送上太空 , 载人航天进入商业化阶段 , 航天技术的快速发展下 , 探日的技术也紧随其后 。 人类追逐太阳的脚步一直向前 , 为什么人们热衷研究太阳?目前研究成果有哪些?在追逐太阳的路上遇到了什么挑战和难题呢?
为什么研究太阳?
【深空时代来临,探日究竟有何魔力?】我们从书上学到的知识解释是 , 太阳是内部不停发生着核聚变 , 导致不断发光发热的一颗恒星 , 由于太阳的巨大质量使得太阳系其他行星都围绕着它旋转 。 太阳的巨大热量给了地球生物赖以生存的能量 。 太阳的引力下 , 地球的自传和公转给了生物生命的多样性 , 太阳与地球的生态环境息息相关 。
而太阳表面的日冕层 , 每天都会有无数的带电粒子流向外辐射 , 这些带电粒子流也被称为太阳风 , 地球也在它的扫射范围内 , 这些粒子流以超过 500 公里/秒的速度源源不断地向地球袭来 , 干扰着地球的磁场 , 破坏地球电离层的结构 , 造成无线电通信中断 。
这些狂暴的太阳风会给人类的生产、生活带来巨大影响:
1.狂暴的太阳风对地球周围的所有卫星都会造成破坏性影响 , 严重干扰卫星内部电子设备的功能运行 。
2.太阳风会对在空间站驻留的宇航员身体健康造成影响 。
3.太阳粒子影响近地环境地面的电磁信号 , 一旦被太阳风暴击中 , 就会导致地球一些区域的断电断网 , 这些区域内所有和网络、电力相关的经济活动和生活停摆 , 造成的经济损失巨大 。
而对太阳的研究会得以了解太阳风、太阳粒子等与近地环境的相互作用 , 掌握太阳风的规律与特性对空间天气和航天器等正常运作提供帮助 , 降低或规避对近地环境的不利影响 。 从最早的先驱者号到比水星还靠近太阳的太阳轨道器 , 国际上已经开展了多项对太阳的探测任务 , 探索太阳的技术与工具也在这几十年发生了变化 。
从天文望远镜到卫星
肉眼观测外 , 最早研究太阳的工具就是天文望远镜了 , 人类透过这个工具观测到了很多行星的运行规律 。 这些望远镜通常配有特殊的滤光片 , 以遮住太阳光的有害部分 。 专业的天文学家运用的是更加先进的仪器观测太阳表面和日冕层 , 需要不同光谱的天文望远镜 。 而雷达观测研究的方向主要是太阳的辐射 , 声学干涉测量法等技术来研究太阳的内部 。 卫星可以探测到太阳的粒子流和无线电频率等 , 可远程观测到太阳表面和接近地球的空间天气 。
随着宇航技术的深入发展 , 运用卫星探测器来观测太阳是最主要的工具和方式 。 在太空中进行太阳探测的益处不只是距离变近 , 范围也呈数量级增长 , 由于地球大气层的存在 , 大部分的光波段辐射 , 比如大部分紫外和红外线、X射线和伽马射线等高能辐射 , 在到达地面前就被地球大气吸收 。 如果在地面上对太阳进行观测 , 只能观测到可见光和有限的射电辐射 , 这样有限的范围对于太阳的研究来说比较狭隘 。 而卫星的优势在于能够完全脱离地球大气的影响 , 从各个波段研究太阳 , 从而描绘出一幅完整的太阳图像 。
目前在轨运行的最优秀太阳探测器就是美国NASA在2018年发射的帕克号太阳探测器 , 它创造了有史以来最接近太阳的人造物体的记录 , 其设定的距离是约为610万公里 , 这个距离意味着探测器需要进入日冕层 , 我们知道日冕层的温度特别高(帕克需要克服1400℃的高温) , 其不仅要忍受高温还要保持内部几十度室温的正常运行 , 这难度和技术令人发麻 。

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