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挑戰「太陽風暴」謎團!NASA無人探測器「帕克號」發射升空,展開史上最接近太陽的觀測任務

美國國家航空暨太空總署(NASA)帕克太陽探測器(Parker Solar Probe,PSP),又稱帕克號(NASA)

美國國家航空暨太空總署(NASA)帕克太陽探測器(Parker Solar Probe,PSP),又稱帕克號(NASA)

我們既熟悉又陌生的恆星——太陽,因為其周圍的高溫與輻射,使得人類始終無法近距離觀察。但為了探索宇宙更多奧秘,美國太空總署多年來耗資15億美元打造「帕克太陽探測器」,並在台灣時間12日下午3時31分發射升空,前往距離太陽表面616萬公里的外大氣層軌道,展開人類史上最近距離觀察太陽的任務,期望揭開日冕活動的神秘面紗。

難題一:克服引力、高速飛掠日冕

帕克太陽探測器(Parker Solar Probe,簡稱帕克號)由NASA與約翰霍普金斯大學應用物理學實驗室(Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)合作設計與建造,在美東時間12日清晨3時31分,自美國佛羅里達州(Florida)的卡納維拉爾角(Cape Canaveral)由約72公尺高、15公尺寬的「三角洲4號重型火箭」(Delta-IV Heavy rocket)載運發射升空。

帕克號將是有史以來移動速度最快的人造物體,以時速69萬公里的超高速飛掠日冕。克服引力是這場太陽觀測任務的難題之一,帕克號必須抵銷垂直往太陽前進的引力加速,保持繞行軌道。科學家的解決方法是,讓探測器先靠近金星,藉由其引力逐漸減速後,之後再接近太陽。

美國國家航空暨太空總署(NASA)帕克太陽探測器(Parker Solar Probe,PSP),又稱帕克號(NASA)
美國國家航空暨太空總署(NASA)帕克太陽探測器(Parker Solar Probe,PSP),又稱帕克號(NASA)

花費12周時間抵達太陽系核心之後,帕克號將展開為期7年的任務、共繞行太陽24圈,在距離表層616萬公里處觀測太陽風(solar wind)與磁場變化。數百萬公里看起來似乎很遠,但以比例尺換算就會發現,這次人類所造的探測器確實是前所未有地接近太陽。約翰霍普金斯大學應用物理學實驗室科學家福克斯(Nicky Fox)解釋:「想像太陽與地球的距離是1公尺,那麼帕克號就只離太陽4公分。」

難題二:帕克號如何抵擋高溫?

太陽周圍溫度的分布非常奇妙,熱能源於恆星核心,但其表面約只有6000度,日冕卻能夠達到100萬度以上,這是人類尚未解開的謎團。NASA於1958年成立時,便把近距離探日作為目標任務之一,帕克項目醞釀了60年,直到現在,科技發展才進步到足以支持人類探索太陽的夢想。

美國國家航空暨太空總署(NASA)帕克太陽探測器(Parker Solar Probe,PSP),又稱帕克號(NASA)
美國國家航空暨太空總署(NASA)帕克太陽探測器(Parker Solar Probe,PSP),又稱帕克號(NASA)

據NASA估算,探測器進入日冕後,外殼將會被加熱到1371度左右,因此科學家替帕克號設計一層11.5公分厚、直徑243.8公分長的碳防護罩,可抵擋攝氏1400度左右高溫,面向太陽的那一側還塗有特殊隔熱層,用以反射太陽的高能輻射。此外帕克號搭載6種不同類型的散熱保護功能儀器,包含冷卻泵、散熱器和太陽能接近警報系統等等,以因應遭遇故障或其他危急情況。

任務:解開太陽風暴的謎團

帕克號背負著人類觀測日冕活動、解開太陽風暴謎團的重大任務。日冕是太陽大氣的最外層,氫、氦等原子受高溫影響,被電離成帶正電的質子、氦原子核及帶負電的自由電子等,這些帶電粒子運動速度極快,可以掙脫太陽引力的束縛,射向太陽外圍、形成太陽風。當太陽發生激烈的日冕物質拋射(coronal mass ejection)便可能會對地球造成影響、引發地磁風暴(geomagnetic storm)。

太陽風粒子和地球磁層交互作用示意圖。(取自NASA)
太陽風粒子和地球磁層交互作用示意圖。(取自NASA)

磁暴能干擾地球上的通訊與電力運作,造成衛星故障、通訊中斷、影響飛機運行,也能使高壓電線產生瞬間超高壓、發生斷電,同時也會使高緯度不少地方出現絢麗的極光。磁暴的影響可持續幾小時甚至數日,但人類目前僅能依賴衛星收集的太陽數據來預測磁暴的發生,且由於時速高達數百萬公里,從風暴發生到對地球產生衝擊,人類只有短短約12小時的事先預警時間。這次帕克號順利升空,將會帶領人類更深入了解太陽風暴,並協助人類更準確預測發生時間。

芝加哥大學名譽教授、天文學家尤金.帕克(Eugene Parker)。(AP)
芝加哥大學名譽教授、天文學家尤金.帕克(Eugene Parker)。(AP)

帕克號的首批探測資料預計將在12月傳向地球。這台人類史上第一個飛入日冕的探測器,以芝加哥大學名譽教授、天文學家尤金.帕克(Eugene Parker)為名,帕克是太陽風科學的先驅,1958年提出太陽風假說,直到1960年代衛星探測證實太陽風確實存在。高齡91歲的帕克去年曾表示:「太陽探測器正在進入一個從未被探索過的空間區域,這很令人興奮!人們想對太陽風之中發生的事情進行更詳細的測量,相信會有一些驚喜。」

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