NASA成功發射「帕克號」:這趟人類史上最接近太陽的行動,他足足等了60年

NASA成功發射「帕克號」:這趟人類史上最接近太陽的行動,他足足等了60年

我們想讓你知道的是

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。」

美國航太總署(NASA)在當地時間11日凌晨3時31分(台灣時間12日下午3時31分)從佛羅里達州,發射太陽探測器「帕克太陽探測器」(Parker Solar Probe),挑戰進入距離炙熱太陽約600萬公里之處。若能順利抵達,將是人類太空任務史上最接近太陽的行動,綜合科學家的說法,若地球到太陽距離以百步計算,到了此處,距離太陽僅剩四步了。

「帕克太陽探測器」計畫主持科學家福克斯(Nicky Fox)說,「帕克太陽探測器」(文後簡稱「帕克號」)預計將保持在與太陽表面距離1500萬哩處飛行,2024年可飛到距離太陽表層約383萬哩處、約616萬公里,也就是此次航程最靠近太陽之處。

或許人們會說「383萬哩還是非常遙遠」,但以一個100呎的足球場比喻地球到太陽的距離,這個距離等於已經完成96%,僅離太陽約4%的旅程,事實上「非常靠近」。上一次人類史上最接近太陽的時候,是1976年發射的「太陽神2號」4300萬公里紀錄。

這次高約3公尺、大小若等於一輛小型汽車的「帕克號」是由NASA與約翰霍普金斯大學應用物理實驗室共同打造,耗資15億美元(約新台幣460億元)。「帕克號」的任務是,飛近太陽探索及觀測最外層大氣層,藉此了解日冕(Corona)如何產生太陽風(solar wind)。

「帕克號」原先要在昨日同一時間發射,但在發射前1分55秒突然出現技術故障,發射程序被迫終止,NASA事後解釋為氣態氦壓力警報器發出警示,因此停止發射。剛剛順利在美國佛州卡納維拉爾角(Cape Canaveral)升空:

「帕克號」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。

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。主要有兩個難關要克服:

克服引力才能近距離飛越日冕

以力學的角度來說,為了抵銷地球影響,「帕克號」這趟太陽之旅所需要的發射能量,比要到達火星多上55倍。所以,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,這也讓「帕克號」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。

任務困難之處,就在於「帕克號」是否有辦法脫離每小時10萬7500公里的公轉速度往太陽前進,因此,「帕克號」將前往金星,借助金星的引力進行7次加速來接近太陽。

若按照原定計畫,「帕克號」可望在今年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。要收集到更精確大量的數據,估計要等到第二圈的飛行,也就是明年5月才能達成。在為期7年的任務間,「帕克號」會繞過金星7次,利用金星的重力調整繞行太陽的軌道。

能否抵禦太陽的「極端高溫」

「帕克號」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,在接近過程中,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,但依然得近距離承受陽光的威脅。

「帕克號」上一層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。

也隸屬美國約翰・霍普金斯大學(Johns Hopkins University)的科學家福克斯(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「帕克號」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。

探測器使用的隔熱板,是4.5吋厚的碳複合材料,寬約8呎;探測器與太陽近距離接觸時,隔熱層及保護系統將首當其衝承受高溫,確保大部分的飛行器與科學傳感器,可保持在略高於室溫水平。

太陽周圍溫度的分布非常奇妙,熱能源於恆星核心,但其表面約只有攝氏5500度,日冕卻能夠達到100萬度以上,這是人類尚未解開的謎團。

福克斯解釋,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。」這次的任務就是實地前往日冕找答案。

此外,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」在60年前還是個笑話

「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。

不過,1950年代一名叫帕克(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。

1958年,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,他在期刊《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,他如此說道。當時,審閱帕克所撰論文的學者認為內容荒誕,一度還拒絕刊登。直到1960年代衛星探測,才證實了太陽風確實存在。

如今,尤金.帕克(Eugene Parker)已經是芝加哥大學名譽教授、天文學家,退休20年的帕克距當年論文發表已過約60年,然而,NASA的「帕克號」才正要登空,也是NASA首次以在世人物命名太空船。

帕克也赴佛州甘迺迪太空中心,見證「帕克號」的發射,「不管結果如何,一定會有驚喜。」帕克說,常有人問他「為什麼我們要去那麼熱的地方?」帕克回答,「因為我們確信在那裡有非常有趣的事情發生。」

根據帕克的研究,太陽風是一種由太陽射出的超高速電漿的帶電粒子流,當大規模爆發造成「太陽風暴」時,會對周遭行星包括地球造成影響。

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)。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。

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核稿編輯:楊之瑜