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深入火中

NASA的太阳探测器发射旨在近距离探测太阳,以前所未有的速度揭示太阳风的奥秘。

作者:Carl Zimmer
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2001年,NASA计划发射一艘宇宙飞船,它将飞近太阳不到200万英里,并且不会被烧毁。

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我们对太阳的了解都来自于安全的距离。例如,去年6月飞越太阳南极的“尤利西斯”探测器,距离太阳超过2亿英里。我们最接近太阳“炼狱”的距离是2600万英里,那是在1974年发射的名为“海利俄斯”的卫星。因此,有很多关于太阳的方面我们并不理解——例如,为什么太阳表面微小的耀斑会产生地球上巨大的磁暴,或者为什么大的耀斑有时几乎不会引起骚动。自“海利俄斯”以来,NASA的研究人员一直在构思一个比太阳近15倍的探测器,现在他们终于有了一个可能飞行的设计。NASA已将发射日期定在2001年。

当NASA团队在1975年开始他们的想法时,很多人都持怀疑态度。项目自成立以来一直由詹姆斯·兰多夫负责,他说:“人们觉得这非常可笑。每个人都意识到,一个距离太阳170万英里的探测器会变得相当热。想象一下,在一个夏日,站在户外,头顶上是3000个太阳。这大约就是太阳探测器所感受到的温度。”

然而,兰多夫的团队设法设计了一个能够保护探测器传感器的遮阳罩。它被设计成一个由碳纤维编织而成的圆锥体,尖端像女巫的帽子。尽管圆锥体面向太阳的一面会加热到4000华氏度,但陡峭的侧翼会高效地辐射热量,使传感器保持在室温。1982年,兰多夫和他的同事们提出了一个重达两吨、耗资10亿美元的设计——相当于今天的20亿美元——但一事无成。NASA不愿意为太阳探测器花费这么多钱。

在接下来的十年里,团队努力降低成本。但直到去年,兰多夫才意识到答案就在头顶上。他的灵感来自于通信卫星上一种新型天线。在老式卫星上,发射机直接位于抛物面碟的中心,碟片反射和聚焦信号。然而,最近工程师们发现,可以通过倾斜碟片并将发射机移离中心,使其不再阻挡自身的反射信号。

当兰多夫听说这种新型卫星时,他灵机一动:为什么不将他的探测器上的圆锥体替换成一个抛物面碟,它既可以作为太阳盾,又可以作为无线电反射器呢?为了在不熔化的情况下偏转阳光,碟片必须以一个陡峭的角度朝向太阳倾斜,就像圆锥体的侧翼一样。有了新型的偏心发射机,这变得可行了:发射机和探测器的所有传感器都可以安全地安置在碟片的阴影中,而不会阻挡探测器向地球发送的无线电信号。去掉单独的碟片会使探测器更轻,并腾出空间容纳其他设备。而且,由于新型无线电碟片的尺寸是旧碟片的四倍,发射机的功率可以降低。

目前正在兰多夫绘图板上的探测器重440磅,功耗仅为1982年探测器所需功耗的十分之一,成本仅为4亿美元。如果一切按计划进行——当然,这只是一个“大假设”——探测器将于2001年由“德尔塔”火箭发射。它不会直接前往目的地;为了抵消地球轨道带来的动量并向内朝着太阳坠落,它将不得不先绕过木星。兰多夫说,在那之后,太阳将完全掌控一切。

飞掠将于2005年进行。在距离太阳500万英里以内,探测器将进入一个奇异的领域,那里的带电粒子组成的太阳风以每秒450英里的速度神秘地加速。它可能会经过由爆炸的彗星产生的发光尘埃环;它可能会穿过数百万英里高的磁通量弧。然而,它永远不会直接看向太阳,因为它的抛物面太阳盾会在那里。兰多夫说,它将从太阳表面向上看,看着等离子流升起,形成你做梦也想不到的结构。

探测器以每小时675,000英里的速度在太空中飞驰——这是航天器能达到的最快速度——它只需要14个小时就能从太阳北极飞到南极。然后,它要么耗尽电池、传感器失效,坠入深空;要么会以更戏剧性的方式结束。兰多夫说:“我们可能会遇到一次太阳耀斑,这就是为什么我们会始终保持通信链路畅通的原因。在死亡前的最后一毫秒的数据将是令人欣喜的。”

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