帕克太陽探測器(Parker Solar Probe)將勇闖先前太空船未至之境,嘗試解開這顆離我們最近恆星的重大謎團。

藝術家描繪出帕克太陽探測器接近太陽的場景PHOTOGRAPH BY SCIENCE HISTORY IMAGES, ALAMY STOCK PHOTO

近50億年來,從來沒有人能從近距離為太陽拍攝特寫鏡頭。如今,美國航太總署(NASA)終於要接近太陽,準備揭開這顆恆星的神秘面紗了。

經過數度延遲,帕克太陽探測器總算在美東時間8月12日淩晨3點31分,由聯合發射聯盟(United Launch Alliance,簡稱ULA)的三角洲4號(Delta IV)火箭發射升空,邁向前往太陽軌道的偉大航程。使用太陽能做為能量來源的帕克太陽探測器配備有四套科學儀器設備,在接下來七年的任務期間內,它都將使用來自目標恆星的能源做為補給。

至於帕克太陽探測器的任務究竟是什麼呢?它將以前所未見的近距離盡可能接近太陽,試圖解開太陽長久以來未解的謎團。

↑↑↑↑↑101科學教室:太陽

恆星誕生

數十億年來,太陽一直為地球上的生命提供能量。在人類歷史上,太陽也一直是許多宗教和神話中不可或缺的重要角色。除了少數極為罕見的地球環境之外,我們都無法避開太陽帶來的影響,或是忽略它的存在。

但是,我們卻不太清楚太陽究竟是如何運行的。

一百多年來,天文學家一直在研究這顆距離我們最近的恆星,從地球上或是太空中的特殊望遠鏡,抵擋住太陽盤面的烈焰光芒,以各種波段觀測太陽。但無論科學家多麼努力嘗試,仍然無法破解太陽的秘密。

或許這是因為到目前為止,還沒有任何望遠鏡能夠冒險接近太陽,從近距離研究這顆恆星。

「我們需要進入太陽的活躍區域,畢竟這是所有謎團存在之處,」約翰霍普金斯大學應用物理實驗室(Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)的計畫科學家尼可拉.福克斯(Nicola Fox)如此表示。

太陽帝國

帕克太陽探測器的名稱,是以現年91歲的天文物理學家尤金.帕克(Eugene Parker),他首度發現了名為太陽風(solar wind)的超音速粒子流。這個探測器大致有三項科學任務。

太陽風由太陽翻滾而起,能夠延伸至太陽系的邊陲。在太陽附近時,它還只是一陣慵懶的微風,最後則會加速到每小時數百萬公里,以超音速之姿挾帶物質和能量衝向太空。

帕克太陽探測器任務亟欲解決的問題之一,就是弄清楚太陽風的加速機制,以及為何太陽風的速度能夠如此之快。這個現象或許能幫助科學家了解太陽內部的運作機制,甚至對我們在地球上進行的核融合實驗有所幫助。

帕克太陽探測器還將研究太陽表面的風暴,這些不時爆發的風暴會將大量物質拋入太空,也就是所謂的日冕巨量噴發(coronal mass ejection)。如果這些帶電物質抵達地球,就能產生美麗的極光,但它們也會給太空人造成危害,甚至是破壞通訊系統和電力網絡。

「我們有技術,還有在太空中的太空人,因此我們必須努力認識和理解我們置身並穿梭其中的太空,」楊說道。

要破解這些謎團,表示探測器必須多次飛掠太陽日冕。日冕是太陽的上層大氣,溫度高達攝氏數百萬度。這同時也是太陽的另一個謎團:科學家仍不清楚,太陽表面的溫度只有區區攝氏6000度,但為何日冕的溫度卻這麼高!

「為何日冕的溫度高達太陽表面的300倍?」福克斯問道。這是這次任務希望能夠解答的另一個問題。

日落大道

要進入如此靠近太陽的高溫區域,絕對是件偉大的壯舉,而且帕克太陽探測器還將持續加速,成為有史以來最快速的太空船。七年之後,當帕克太陽探測器完成繞行太陽的最後一圈軌道時,速度將會達到時速69萬2000公里,相當於不用三秒鐘的時間就能從舊金山抵達洛杉磯。

帕克太陽探測器前往太陽系核心的旅程即將展開,首先將在今年10月飛掠金星,以調整探測器飛行軌道,前往太陽。接下來,「在為期七年的任務過程中,探測器將再飛掠金星六次,讓軌道越來越接近太陽,最終探測器最接近太陽時,僅會距離太陽表面約620萬公里,」福克斯表示。

DAISY CHUNG, NGM STAFF 圖片來源 : JOHNS HOPKINS UNIVERSITY APPLIED PHYSICS LABORATORY

覺得這兒聽起來並不是個適合閒晃的地方?的確如此。帕克太陽探測器特別配備有11公分厚的防熱罩,能夠保護探測器上的四套儀器設備不受太陽高溫的影響。這個防熱罩由碳複合材料構成,是個結合泡沫、金屬網和材料板的三明治結構。

「大多數儀器設備都安裝在探測器的主體上,處於防熱罩的良好保護下,」福克斯這麼說。

不過,少數儀器設備在收集磁場、輻射、粒子以及能量等重要數據時,將會從73公斤的防熱罩後面探出。

如果一切順利,這項任務將會持續至少七年。當任務結束時,探測器的任務管理員將會讓太空船自行毀滅。

「一旦燃料耗盡,探測器就會開始轉向太陽。到那個時候,無法承受太陽高溫的部分將會熔化,」福克斯這麼說。探測器會變得越來越小,最終它的組成零件將會與太陽融為一體。

 

撰文:Nadia Drake

編譯:林宇威

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