飛向太陽!人類為何盯上了這個大火球?

來源:羊城派 作者: 發表時間:2018-08-20 10:58

  説天説地説新聞,解花解語解趣事

  羊城派原創文本/夏楊

  近日,美國航空航太局(NASA)成功發射了帕克太陽探測器,這顆人造衛星將花7年時間飛向太陽。它的使命是,去到有史以來距離太陽最近的軌道上,開展對日冕的觀測!

美國發射帕克太陽探測器 圖/中新網

  同樣是在最近,中國科學家也公佈了一個探測太陽的計劃。不同的是,要發射一顆地球衛星,“躲”在地球的陰影裏,利用“日食”原理觀測日冕。這被稱為“地掩天蝕”計劃。

  中外科學家的目標都是太陽。人類為何盯上了這個大火球?(更多新聞資訊,請關注羊城派 pai.ycwb.com)

“地掩天蝕”計劃原理示意圖 圖/新華網

  為啥要去太陽?

  説到太陽,大家會覺得,再熟悉不過了。

  人們都知道,太陽對地球很重要,它給萬物帶來光明;地球上所有的食物,也都直接或間接來自太陽光的孕育。

  我們對太陽這麼熟悉,還有必要專門研究它?並且,這個大火球挂在遙遠的宇宙中,要研究它需要投入的費用,是真正意義上的“天文數字”!

太陽就是個大火球 圖/視覺中國

  其實,目前我們對太陽的了解非常有限,比如它為何會發光發熱,有怎樣的內部結構等,都還不太清楚。

  因為不了解,太陽還給地球帶來不少危害。比如太陽黑子活動旺盛時,強烈的太陽風會對電網、通訊、衛星、飛機、定位導航系統等造成損壞,甚至直接導致報廢、癱瘓,同時也會對人類健康造成一定傷害。

  為防範這樣的災害,人類需要對太陽的活動情況作出預報。然而要做到這些,其前提是要對太陽的活動規律、發生機理有足夠的了解。

有時肉眼也能看到太陽黑子 圖/視覺中國

  為此,人類已經做過很多努力。從上世紀60年代開始,人類向太陽發射過多顆探測衛星,如蘇聯的質子號、宇宙號衛星,美國的太陽神號、先驅號、旅行者號探測器等。

  1990年10月,美國發現號太空梭將尤利西斯號太陽探測器送入太空,將人類對太陽的觀測活動推向了新階段。

尤利西斯號太陽探測器 圖/新華網

  最近,美國NASA斥資14億美元發射的帕克探測器備受關注。之所以如此,是因為它與之前的那些探測器有明顯的進步,其出發,有跨時代意義。

  首先,帕克探測器的軌道距離太陽非常近,它直接進入了太陽的外層大氣層。它最靠近太陽的軌道點距離太陽表面只有616萬公里。這是人類發射的探測器靠近太陽最近的一次!

  616萬公里的軌道離太陽有多近?科學家做了個形象的比喻:假設太陽和地球距離是1米的話,那麼帕克探測器與太陽的距離只有4釐米!

帕克探測器軌道離太陽更近 圖/中新網

  與帕克相比,之前人類的探測器最靠近太陽的記錄是4343.2萬公里。這是1976年美國發射的太陽神2號探測器創下的。且這個記錄已經保持了42年之久!

  帕克在它的軌道上,將以每小時72萬公里的速度飛行,將成為移動速度最快的人造天體。當年太陽神2號的速度只有25萬公里/小時。

  以此速度,如果帕克探測器是在地球表面飛行,它用一分鐘時間就可以從北京飛到紐約!

  帕克探測器飛行速度驚人 動圖/央視

還有哪些未知?

  隨著對太陽的觀測和研究,人類發現更多奇怪的現象。這些疑問又吸引人類要進一步去了解它、研究它。於是有了更強烈的要飛向它、靠近它的衝動。

  比如,目前科學家已經了解到,太陽從內向外分為光球、色球和日冕三層。光球是我們平常所見的明亮的太陽圓面,太陽的可見光全部由光球面發出。

  光球表面一個重要的活動現象是黑子。黑子是光球上巨大的氣流漩渦,在明亮的光球背景反襯下顏色顯得黑暗,其實溫度有4000℃左右。倘若把一個太陽黑子取出來,就可以發出相當於滿月的光芒!

太陽結構示意圖/資料圖

  色球是貼近光球的一層大氣,平時看不到,只有在日全食時才能看到。這也正是中國科學家希望發射一顆地球衛星,躲在地球陰影裏,利用“日食”原理觀測太陽的原因。

  在地球上看太陽,“日食”現象稍縱即逝,難以滿足科學家的觀測和研究需要。如果有一顆衛星,和地球公轉同步飛行,穩定處在日地延長線上,就可以獲得足夠的“日食”觀測數據。

“地掩天蝕”計劃的“日食”原理 圖/新華網

  色球再向外,就是日冕。日冕位於太陽的最外層,屬於太陽的外層大氣。太陽風就是從日冕中向外發出的。

  人們觀測發現,日冕上分佈著一些長條形或不規則形的暗黑區域,就像一個個黑洞,這就是“冕洞”。太陽風的帶電粒子流就是從冕洞中噴射出去的。

  帕克探測器就是要穿過太陽大氣層,直接靠近太陽日冕。這是人類歷史上最靠近太陽的一次!

日食時最容易觀察日冕部分 圖/視覺中國

  通過前期的觀測和研究,科學家發現一個奇怪現象,太陽的溫度,竟然是從內向外逐漸升高的——光球頂部接近色球的地方溫度約4300℃;到了色球頂部溫度高達幾萬℃;再往外,到了日冕區,溫度陡然上升到上百萬℃!

  就像“水往高處流”一樣,太陽“外部更熱”的現象違反自然法則,明顯有悖常理,至今仍然困擾著科學家。

  這,也正是帕克的使命,它將長途奔襲,飛向1.5億公里外的太陽,去努力揭開這一謎團!

帕克號踏上“逐日之旅” 圖/中新網

  日冕區溫度高達上百萬℃,日冕週邊也有1300℃以上,足以熔化鋼鐵,帕克探測器如何能在那樣的軌道上飛行?這正是人類以前的太陽探測所不具備的技術含量所在。

  帕克探測器有個高溫防護罩,厚達11.5釐米,由特殊的碳複合材料製成,外面還有白色陶瓷反射層,且帶有水冷卻系統。帕克在軌飛行過程中,探測器處在防護罩陰影裏,能始終保持28-29℃的舒適工作溫度。

  這,相當於人手放在烤箱中而不會被灼傷!

  帕克的另一個使命,也是困擾人類的一大難題:為啥會有太陽風?太陽風有多高的速度?太陽風暴的原理究竟是啥?

帕克號具有專門的防高溫構造 圖/央視

  神秘的太陽風

  太陽風雖然叫做“風”,其實這只是一個比喻。地球上空氣分子的流動産生風。太陽表面沒有空氣分子,卻有比原子更小的基本粒子——質子和電子,它們流動的原理和和空氣流動相似,因此得名“太陽風”。

  地球上空氣密度很大,每立方釐米有2687個分子;但在星際空間中粒子非常稀薄,每立方釐米只有幾個到幾十個粒子。雖然粒子密度稀薄,但它們的流動速度很大。地球上颱風的速度是每秒32.5米以上,而地球附近的太陽風一般350-450千米/秒,是地球風速的上萬倍!最猛烈時甚至可達800千米以上。

  這樣的高速度,可以想見它有多麼大的破壞力!

日冕拋射帶電粒子流 圖/視覺中國

  太陽風有兩種,一種是不斷地從日冕層輻射出來,速度較小,粒子較少,稱為“持續太陽風”。另一種是太陽活動劇烈時發出的,速度大、粒子多,被稱為“擾動太陽風”。後一种太陽風的破壞力更大。

  太陽的能量在發生變化,當黑子活躍時,太陽能量增強,向外釋放的帶電粒子流也增加。這就是“太陽風暴”現象。高速粒子流闖入太空,會對地球空間産生巨大衝擊。會影響通訊,干擾衛星,破壞臭氧層,還影響人的健康。

  科學家把太陽風暴比喻為“太陽打噴嚏”。太陽一打噴嚏,地球就會發燒!

  “太陽風”這一現象,是美國物理學家尤金·帕克在1958年發現的。這是20世紀空間探測的重要發現之一。至今經過半個多世紀的研究,人類對太陽風的物理性質有了一定了解,但一直弄不明白太陽風是如何起源和加速的。

  最近美國發射升空的“帕克”探測器,其命名正是向今年91歲的尤金·帕克致敬!這也是美國第一次用在世的科學家的名字來命名一個探測項目。

探測器因尤金·帕克教授而得名 圖/NASA

  人們對太陽風的直觀感覺,來自彗星和極光現象。

  很多人都看到過彗星,它們拖著長尾巴從夜空中劃過,外形非常奇特。在古代,人們不了解這種奇怪的星體,甚至稱之為災星。

  後來人們知道,彗星的形成和太陽風有關。所有的彗星出現時,它的彗尾都背向太陽,越靠近太陽彗尾越長、越亮。這正是因為,來自太陽的帶電粒子流碰到彗星,將彗星周邊的塵埃和氣體都吹向了彗星身後。

拖著長尾巴的彗星 圖/視覺中國

  極光也與太陽風有關。但為何有時有、有時沒有?

  這也不難理解。太陽風吹向地球,但一般情況下並不能進入大氣層。因為地球有自己的防護罩,即磁場。地球磁場在太陽風的衝擊下,會變成一頭大一頭小的蛋狀,在太空中綿延數萬公里。

太陽風作用下的地球磁場 圖/視覺中國

  但在太陽活動劇烈時,帶電粒子流速度大,碰到地球會沿著地球磁場落向兩極,地球兩極的高層大氣在太陽風的轟擊下産生放電現象,於是産生了絢麗壯觀的極光。

  科學家觀察到,在太陽風暴活躍期,一連幾天,極光現象都會很強烈,甚至在溫帶地區都能看到。

  這時候羅盤指針也會不安分起來,會發狂地擺動,因此這種效應也稱為“磁暴”。

絢麗壯觀的極光現象 圖/視覺中國

  地球的磁場防護罩也不是沒有漏洞,科學家已推算出有縫隙存在。因此地球始終處於太陽風災害的威脅之下。上世紀70年代的一次太陽風暴,曾導致蘇聯“禮炮號”空間站脫軌;1989年的太陽風暴,曾使加拿大魁北克和美國新澤西的供電系統受破,損失超10億美元。

  而另一方面,蘊藏極大能量的太陽風吹向地球,也是一種潛在的能量來源,如何化害為利、將之馴服為人類服務,這也是科學家正在努力研究的內容之一!

禮炮號空間站曾受太陽風影響 圖/視覺中國

太陽風災害事件

  (以下資料整理自網路)

  1989年3月13-14日,太陽風暴襲擊加拿大魁北克電站,電壓器被燒燬,造成該地區電網停電;很多近地衛星和同步軌道衛星發生異常、軌道改變,甚至報廢,全球無線電通信受到干擾或中斷,輪船、飛機的導航系統失靈:日本一顆通訊衛星異常,美國一顆衛星軌道下降,美國海軍的4顆導航衛星提前一年停止服務,預警跟蹤目標丟失6000多個。

  1991年4月29日,強磁暴發生後使美國緬因州核電廠發生災難性破壞。

  1994年1月20-21日,兩個加拿大通訊衛星發生故障。

  1997年1月6-11日,日冕物質拋射使AT&T公司通訊衛星報廢。

  1998年5月19日,美國銀河四號通訊衛星失效,同時德國一顆科學衛星報廢。

  2000年7月14日,歐美一些重要科學研究衛星受到嚴重損害,日本的ASCA衛星失控,AKEBONO衛星的電腦遭到破壞。

  2003年10月28日,歐美多個重要科學研究衛星受到不同程度損害,日本“回聲”衛星失控。

  2006年12月13日,太陽風暴對我國短波無線電通信造成嚴重影響:廣州、海南、重慶通信中斷達3小時;衛星也受此影響,故障頻繁。

  飛向太陽!人類“逐日”翻開新篇章 動圖/央視

未來我們將不再為太陽風災害擔心 圖/視覺中國

  (更多新聞資訊,請關注羊城派 pai.ycwb.com)

來源丨羊城派

  欄目主持丨夏楊

  責編丨魏禮園

編輯:
數字報

飛向太陽!人類為何盯上了這個大火球?

羊城派  作者:  2018-08-20

  説天説地説新聞,解花解語解趣事

  羊城派原創文本/夏楊

  近日,美國航空航太局(NASA)成功發射了帕克太陽探測器,這顆人造衛星將花7年時間飛向太陽。它的使命是,去到有史以來距離太陽最近的軌道上,開展對日冕的觀測!

美國發射帕克太陽探測器 圖/中新網

  同樣是在最近,中國科學家也公佈了一個探測太陽的計劃。不同的是,要發射一顆地球衛星,“躲”在地球的陰影裏,利用“日食”原理觀測日冕。這被稱為“地掩天蝕”計劃。

  中外科學家的目標都是太陽。人類為何盯上了這個大火球?(更多新聞資訊,請關注羊城派 pai.ycwb.com)

“地掩天蝕”計劃原理示意圖 圖/新華網

  為啥要去太陽?

  説到太陽,大家會覺得,再熟悉不過了。

  人們都知道,太陽對地球很重要,它給萬物帶來光明;地球上所有的食物,也都直接或間接來自太陽光的孕育。

  我們對太陽這麼熟悉,還有必要專門研究它?並且,這個大火球挂在遙遠的宇宙中,要研究它需要投入的費用,是真正意義上的“天文數字”!

太陽就是個大火球 圖/視覺中國

  其實,目前我們對太陽的了解非常有限,比如它為何會發光發熱,有怎樣的內部結構等,都還不太清楚。

  因為不了解,太陽還給地球帶來不少危害。比如太陽黑子活動旺盛時,強烈的太陽風會對電網、通訊、衛星、飛機、定位導航系統等造成損壞,甚至直接導致報廢、癱瘓,同時也會對人類健康造成一定傷害。

  為防範這樣的災害,人類需要對太陽的活動情況作出預報。然而要做到這些,其前提是要對太陽的活動規律、發生機理有足夠的了解。

有時肉眼也能看到太陽黑子 圖/視覺中國

  為此,人類已經做過很多努力。從上世紀60年代開始,人類向太陽發射過多顆探測衛星,如蘇聯的質子號、宇宙號衛星,美國的太陽神號、先驅號、旅行者號探測器等。

  1990年10月,美國發現號太空梭將尤利西斯號太陽探測器送入太空,將人類對太陽的觀測活動推向了新階段。

尤利西斯號太陽探測器 圖/新華網

  最近,美國NASA斥資14億美元發射的帕克探測器備受關注。之所以如此,是因為它與之前的那些探測器有明顯的進步,其出發,有跨時代意義。

  首先,帕克探測器的軌道距離太陽非常近,它直接進入了太陽的外層大氣層。它最靠近太陽的軌道點距離太陽表面只有616萬公里。這是人類發射的探測器靠近太陽最近的一次!

  616萬公里的軌道離太陽有多近?科學家做了個形象的比喻:假設太陽和地球距離是1米的話,那麼帕克探測器與太陽的距離只有4釐米!

帕克探測器軌道離太陽更近 圖/中新網

  與帕克相比,之前人類的探測器最靠近太陽的記錄是4343.2萬公里。這是1976年美國發射的太陽神2號探測器創下的。且這個記錄已經保持了42年之久!

  帕克在它的軌道上,將以每小時72萬公里的速度飛行,將成為移動速度最快的人造天體。當年太陽神2號的速度只有25萬公里/小時。

  以此速度,如果帕克探測器是在地球表面飛行,它用一分鐘時間就可以從北京飛到紐約!

  帕克探測器飛行速度驚人 動圖/央視

還有哪些未知?

  隨著對太陽的觀測和研究,人類發現更多奇怪的現象。這些疑問又吸引人類要進一步去了解它、研究它。於是有了更強烈的要飛向它、靠近它的衝動。

  比如,目前科學家已經了解到,太陽從內向外分為光球、色球和日冕三層。光球是我們平常所見的明亮的太陽圓面,太陽的可見光全部由光球面發出。

  光球表面一個重要的活動現象是黑子。黑子是光球上巨大的氣流漩渦,在明亮的光球背景反襯下顏色顯得黑暗,其實溫度有4000℃左右。倘若把一個太陽黑子取出來,就可以發出相當於滿月的光芒!

太陽結構示意圖/資料圖

  色球是貼近光球的一層大氣,平時看不到,只有在日全食時才能看到。這也正是中國科學家希望發射一顆地球衛星,躲在地球陰影裏,利用“日食”原理觀測太陽的原因。

  在地球上看太陽,“日食”現象稍縱即逝,難以滿足科學家的觀測和研究需要。如果有一顆衛星,和地球公轉同步飛行,穩定處在日地延長線上,就可以獲得足夠的“日食”觀測數據。

“地掩天蝕”計劃的“日食”原理 圖/新華網

  色球再向外,就是日冕。日冕位於太陽的最外層,屬於太陽的外層大氣。太陽風就是從日冕中向外發出的。

  人們觀測發現,日冕上分佈著一些長條形或不規則形的暗黑區域,就像一個個黑洞,這就是“冕洞”。太陽風的帶電粒子流就是從冕洞中噴射出去的。

  帕克探測器就是要穿過太陽大氣層,直接靠近太陽日冕。這是人類歷史上最靠近太陽的一次!

日食時最容易觀察日冕部分 圖/視覺中國

  通過前期的觀測和研究,科學家發現一個奇怪現象,太陽的溫度,竟然是從內向外逐漸升高的——光球頂部接近色球的地方溫度約4300℃;到了色球頂部溫度高達幾萬℃;再往外,到了日冕區,溫度陡然上升到上百萬℃!

  就像“水往高處流”一樣,太陽“外部更熱”的現象違反自然法則,明顯有悖常理,至今仍然困擾著科學家。

  這,也正是帕克的使命,它將長途奔襲,飛向1.5億公里外的太陽,去努力揭開這一謎團!

帕克號踏上“逐日之旅” 圖/中新網

  日冕區溫度高達上百萬℃,日冕週邊也有1300℃以上,足以熔化鋼鐵,帕克探測器如何能在那樣的軌道上飛行?這正是人類以前的太陽探測所不具備的技術含量所在。

  帕克探測器有個高溫防護罩,厚達11.5釐米,由特殊的碳複合材料製成,外面還有白色陶瓷反射層,且帶有水冷卻系統。帕克在軌飛行過程中,探測器處在防護罩陰影裏,能始終保持28-29℃的舒適工作溫度。

  這,相當於人手放在烤箱中而不會被灼傷!

  帕克的另一個使命,也是困擾人類的一大難題:為啥會有太陽風?太陽風有多高的速度?太陽風暴的原理究竟是啥?

帕克號具有專門的防高溫構造 圖/央視

  神秘的太陽風

  太陽風雖然叫做“風”,其實這只是一個比喻。地球上空氣分子的流動産生風。太陽表面沒有空氣分子,卻有比原子更小的基本粒子——質子和電子,它們流動的原理和和空氣流動相似,因此得名“太陽風”。

  地球上空氣密度很大,每立方釐米有2687個分子;但在星際空間中粒子非常稀薄,每立方釐米只有幾個到幾十個粒子。雖然粒子密度稀薄,但它們的流動速度很大。地球上颱風的速度是每秒32.5米以上,而地球附近的太陽風一般350-450千米/秒,是地球風速的上萬倍!最猛烈時甚至可達800千米以上。

  這樣的高速度,可以想見它有多麼大的破壞力!

日冕拋射帶電粒子流 圖/視覺中國

  太陽風有兩種,一種是不斷地從日冕層輻射出來,速度較小,粒子較少,稱為“持續太陽風”。另一種是太陽活動劇烈時發出的,速度大、粒子多,被稱為“擾動太陽風”。後一种太陽風的破壞力更大。

  太陽的能量在發生變化,當黑子活躍時,太陽能量增強,向外釋放的帶電粒子流也增加。這就是“太陽風暴”現象。高速粒子流闖入太空,會對地球空間産生巨大衝擊。會影響通訊,干擾衛星,破壞臭氧層,還影響人的健康。

  科學家把太陽風暴比喻為“太陽打噴嚏”。太陽一打噴嚏,地球就會發燒!

  “太陽風”這一現象,是美國物理學家尤金·帕克在1958年發現的。這是20世紀空間探測的重要發現之一。至今經過半個多世紀的研究,人類對太陽風的物理性質有了一定了解,但一直弄不明白太陽風是如何起源和加速的。

  最近美國發射升空的“帕克”探測器,其命名正是向今年91歲的尤金·帕克致敬!這也是美國第一次用在世的科學家的名字來命名一個探測項目。

探測器因尤金·帕克教授而得名 圖/NASA

  人們對太陽風的直觀感覺,來自彗星和極光現象。

  很多人都看到過彗星,它們拖著長尾巴從夜空中劃過,外形非常奇特。在古代,人們不了解這種奇怪的星體,甚至稱之為災星。

  後來人們知道,彗星的形成和太陽風有關。所有的彗星出現時,它的彗尾都背向太陽,越靠近太陽彗尾越長、越亮。這正是因為,來自太陽的帶電粒子流碰到彗星,將彗星周邊的塵埃和氣體都吹向了彗星身後。

拖著長尾巴的彗星 圖/視覺中國

  極光也與太陽風有關。但為何有時有、有時沒有?

  這也不難理解。太陽風吹向地球,但一般情況下並不能進入大氣層。因為地球有自己的防護罩,即磁場。地球磁場在太陽風的衝擊下,會變成一頭大一頭小的蛋狀,在太空中綿延數萬公里。

太陽風作用下的地球磁場 圖/視覺中國

  但在太陽活動劇烈時,帶電粒子流速度大,碰到地球會沿著地球磁場落向兩極,地球兩極的高層大氣在太陽風的轟擊下産生放電現象,於是産生了絢麗壯觀的極光。

  科學家觀察到,在太陽風暴活躍期,一連幾天,極光現象都會很強烈,甚至在溫帶地區都能看到。

  這時候羅盤指針也會不安分起來,會發狂地擺動,因此這種效應也稱為“磁暴”。

絢麗壯觀的極光現象 圖/視覺中國

  地球的磁場防護罩也不是沒有漏洞,科學家已推算出有縫隙存在。因此地球始終處於太陽風災害的威脅之下。上世紀70年代的一次太陽風暴,曾導致蘇聯“禮炮號”空間站脫軌;1989年的太陽風暴,曾使加拿大魁北克和美國新澤西的供電系統受破,損失超10億美元。

  而另一方面,蘊藏極大能量的太陽風吹向地球,也是一種潛在的能量來源,如何化害為利、將之馴服為人類服務,這也是科學家正在努力研究的內容之一!

禮炮號空間站曾受太陽風影響 圖/視覺中國

太陽風災害事件

  (以下資料整理自網路)

  1989年3月13-14日,太陽風暴襲擊加拿大魁北克電站,電壓器被燒燬,造成該地區電網停電;很多近地衛星和同步軌道衛星發生異常、軌道改變,甚至報廢,全球無線電通信受到干擾或中斷,輪船、飛機的導航系統失靈:日本一顆通訊衛星異常,美國一顆衛星軌道下降,美國海軍的4顆導航衛星提前一年停止服務,預警跟蹤目標丟失6000多個。

  1991年4月29日,強磁暴發生後使美國緬因州核電廠發生災難性破壞。

  1994年1月20-21日,兩個加拿大通訊衛星發生故障。

  1997年1月6-11日,日冕物質拋射使AT&T公司通訊衛星報廢。

  1998年5月19日,美國銀河四號通訊衛星失效,同時德國一顆科學衛星報廢。

  2000年7月14日,歐美一些重要科學研究衛星受到嚴重損害,日本的ASCA衛星失控,AKEBONO衛星的電腦遭到破壞。

  2003年10月28日,歐美多個重要科學研究衛星受到不同程度損害,日本“回聲”衛星失控。

  2006年12月13日,太陽風暴對我國短波無線電通信造成嚴重影響:廣州、海南、重慶通信中斷達3小時;衛星也受此影響,故障頻繁。

  飛向太陽!人類“逐日”翻開新篇章 動圖/央視

未來我們將不再為太陽風災害擔心 圖/視覺中國

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  欄目主持丨夏楊

  責編丨魏禮園

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