帶上人類對太陽的嚮往:NASA 成功發射,史上最接近太陽的「帕克探測器」

【我們為什麼挑選這篇文章】「太陽探測器計畫從  1958 年就開始了,但直到現在,人類才終於實現了夢想。」這項計畫的來自一位年輕的科學家「帕克」提出「太陽風」的想法時,當時卻成為學界的笑柄,過了 60 年 NASA 終於成功將探測器送到太陽身旁,神秘的面紗才即將要被揭開,一探日冕跟太陽風的奧秘, 展開為期七年的任務。(責任編輯:鄧天心)

美國航空暨太空總署(NASA)在當地時間 11 日清晨 3 時 33 分(台北時間 15 時 33 分),自佛羅里達州(Florida)的卡納維拉爾角(Cape Canaveral),將該單位裡最先進的「帕克太陽探測器」(Parker Solar Probe)送往宇宙間離我們最近的恆星:太陽,展開為期 7 年的任務。它的目標是:揭開日冕和太陽風的神秘面紗。

據《衛報》(The Guardian)報導,帕克太陽探測器發射後預計繞過金星,接近太陽之後會進行一段時間的繞行,最後會下探進入太陽灼熱的大氣外層—即我們在日全蝕時,在太陽周圍所看見宛如光環一般的日冕部份。

比到火星所需能量多 55 倍

單純以力能學的角度而言,這項任務就具有前所未見的難度。為了抵銷地球影響, 這趟太陽之旅所需要的發射能量,比要到達火星多上 55 倍

因此,雖然「帕克」本身大小不過一般房車,為了到達目的地卻需搭載在一架約 72 公尺高、15 公尺寬的「三角洲 4 號運載火箭」(Delta IV Heavy)上頭,內含高達 600 噸的燃料。
使用如此大規模推進裝置,也將讓「帕克」成為地球人史上移動速度最快的物體,預計最接近太陽時,時速可能達 69.2 萬公里。

若計畫不變,「帕克」可望在 9 月下旬左右飛過金星,並在 11 月時到達太陽,首批探測資料也將在 12 月傳向地球。在「帕克」為期 7 年的任務間,會再繞過金星 6 次,利用金星的重力調整繞行太陽的軌道。

「帕克」總共會繞行太陽 24 次,並會飛越距離太陽表面光球(photosphere)上方大約 600 萬公里處。這個距離看似遙遠,但在接近過程中,「帕克」得飛過溫度可高達攝氏 300 萬度的日冕,若非該區大氣濃度稀薄,恐怕根本辦不到。更艱難的是,「帕克」必須近距離承受陽光的威脅。

為此,「帕克」上配置了一扇 12 公分厚的防熱護罩,屆時護罩溫度將上看近攝氏 1400 度。若「帕克」不慎偏移,少了防熱罩的保護而直觸陽光,機身就會宛如希臘神話中伊卡路斯的羽翼一樣融化掉落。

探索日冕高熱原因、太陽風動力來源

《衛報》引述「帕克」計畫參與者、隸屬美國約翰·霍普金斯大學(Johns Hopkins University)的科學家芙可絲(Nicky Fox)表示,由於環境危險因子很多,這項任務的每一步驟都困難重重,但若「帕克」能順利通過日冕的考驗,即可以說是通過第一關、讓研究人員鬆口氣了。

太陽對地球生物的存亡至關重要,不只圍繞著相當多謎團,更圍繞著氣溫比太陽表面溫度(約攝氏 5500 度)還要高出 500 倍的日冕。芙可絲解釋,若將太陽中心比喻為營火,當你越遠離這個營火,溫度反而越高,相當不可思議。「我們知道該區必定存在某種事物造成溫度高漲,但卻不知道那是什麼。」芙可絲說,「帕克」的任務就是實地前往日冕找答案。

「帕克」另一項重要的任務,就是找出「太陽風」(solar wind)的動力來源。「太陽風」指的是自太陽表層射出的超高速電漿流,最高時速可到達 160 萬公里以上。目前,學界已認識到「太陽風」的存在,其威力足以造成極光、讓衛星偏離軌道、影響電力運輸、讓太空人暴露在高度輻射當中。

然而,當 1950 年代時,一名叫帕克(Eugene N. Parker)的年輕科學家提出類似「太陽風」的想法時,卻成為學界的笑柄。

帕克先驅論文遭斥荒誕

時間回溯到 1958 年,距離蘇聯發射史上首枚人造衛星史普尼克 1 號(Sputnik-1)僅過約一年,天文學家對於宇宙的認知,大多只限於從地面的觀測結果而來。 當人們眺望星空,恆星與恆星間的空間看起來就是一片虛無,當時的科學家也是如此推測。

然而,當時年僅 31 歲的帕克,還只是芝加哥大學裡一名沒沒無聞的教授,卻在期刊《The Astrophysical Journal》上發表了一篇論文,其中描述太陽會向周圍發射出源源不斷的粒子,宛如水流自湧泉向外擴散一般。這個後來證實為正確的說法,在當年幾乎沒人相信。

當年人們主流的論點是,太空是絕對澄淨的,空無一物,完全的真空。」《紐約時報》訪問現年 91 歲的帕克時,他如此表示。當時,審閱帕克所撰論文的學者認為內容荒誕,一度拒絕刊登,但帕克向期刊編輯抗議,表示審閱員並沒有指出任何錯誤,僅只因為不滿論文的假設而拒絕接受。最後,期刊編輯從善如流,讓帕克的論文得以刊登。

未料 4 年後,NASA 的「水手 2 號」(Mariner 2)探測器前往金星途中,測量到太空間有能量粒子流動,一如帕克所推測的狀況。從此之後,「每個人都相信太陽風的存在」帕克表示。如今,離帕克的論文發表已過約 60 年,他也早已自芝加哥大學退休近 20 年,然而,NASA 的「帕克」探測器才正要登空,也是 NASA 首次以生者名字定名太空任務。

或許值得欣慰的是,當「帕克」最後燃料用盡、無法讓防熱護罩保持在適當位置而導致機身遭太陽高熱吞噬之後,「它會分裂成碎塊,並且越變越小,最後將成為太陽風的一部分,」芙可絲表示,「至少這是有關帕克的最後下場,我能想出的最浪漫說法。」

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(本文經合作夥伴 上報 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈NASA 將發射「帕克太陽探測器」 預計 11 月接近日冕 〉)

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