答:帕克太阳探测器离太阳那么近不会烧坏吗?

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空少问答

小课堂

第八十四期

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答：帕克太阳探测器离太阳那么近不会烧坏吗？

上周六，空少为大家留了1个问题，来看看空少的解答以及从留言中选出的最佳答案吧！

想要查看原问题背景介绍的朋友们可以点击《问：帕克太阳探测器离太阳那么近不会烧坏吗？》~下面就让我们来看看空少的解答吧！



空少正解

上期我们讲到，“帕克太阳探测器”的任务是追踪加热、加速的太阳日冕和太阳风的能量流动，研究太阳风源的等离子体和磁场的结构和动力学特征，探索高能粒子的加速和运动机制。为了达到探测目的，帕克太阳探测器将直接飞入太阳外层大气层日冕所在轨道上，距离太阳表面最近时仅相距约616万公里（383万英里）。



艺术图：靠近太阳的帕克太阳探测器

预计在2018-2025年期间，帕克太阳探测器将在距离太阳1/4的日地距离以内绕行太阳24圈，多次经过离太阳很近的地方。太阳可以说是炽热无比，太阳表面的温度约为6000度，而太阳高层大气（也就是日冕）的温度更是可以达到上百万度。那么，帕克太阳探测器在离太阳很近的时候不会烧坏吗？

上百万度可不是金属能坚持的温度。不过，在说到帕克太阳探测器在设计上的应对之前，首先我们要进一步理解理解热与温度的概念：一个物体（日冕）高的温度并不总是转化为对另一物体（探测器）实际的加热。

在空间中，温度可以在达到几千度的同时却又不给其他物体提供显著的热量，换言之，身处其中我们不觉得热。为什么呢？温度其实是衡量构成物质的微粒的运动速度，而热量衡量的是物质间传递的能量总量。粒子可能移动得很快（高温度），但是如果数量极少的话，它们就不会传递大量的能量（低热量）。由于宇宙空间大多是空的，像是日冕这样的地方其实物质密度极低，所以其实很少有粒子能够将能量传递给航天器。



太阳大气不同区域的温度，蓝色的Corona指的就是日冕，

温度可达上百万卡尔文温度（与摄氏度相差273度）

故而，帕克太阳探测器将穿越一个温度达几百万度的空间（上图中的Corona区域，也就是日冕），但其面向太阳的隔热屏表面只能被加热到约1400摄氏度（因为美国使用华氏温度，美国科学家们估算和设计的是华氏2500度）。

尽管如此，1400摄氏度依然是很高的温度（作为对比，火山喷发的岩浆温度大概是700-1200摄氏度）。因此，帕克太阳探测器面向太阳的一侧设计了一个热防护罩（heat shield），是厚度为11.43厘米（4.5英寸）的碳复合防护层，上面涂有白色陶瓷层。外部的白色涂层可以使探测器尽可能多地把阳光反射回去。在最接近太阳表面的情况下，外层确实将面临1400摄氏度的温度；但与此同时，防护层底面的温度将维持在315-371摄氏度。



工作人员安装热防护罩

这个热防护罩位于用钛框架构造的大型散热器的顶部。在航天器飞往太阳表面的过程中，这种结构使太空船的有效载荷始终保持在阴凉黑暗的阴影中。实际上，设计这艘飞船的科学家和工程师更关心的是，航天器上的科学仪器和设备在任务期间会冻结而不是融化。为了避免这种情况，这些仪器和设备的外部都用热毯包裹，并与单独的太阳能加热器配对。这些仪器保持在约28摄氏度的舒适温度。

为这些仪器以及探测器上的其他电子设备供电的太阳能电池板都被安装在从散热器下方伸出的翼状襟翼。这些阵列经过专门设计以处理太阳的热量，并配备有自己的冷却系统。



帕克太阳探测器设计外观，正面白色的板子就是热防护罩

留言区·精选

@ 小屈同学




帕克太阳探测器有一个厚度为11.43厘米的碳复合防护层，上面涂有白色陶瓷层。外部的白色涂层可以使探测器把阳光反射回去。在最接近太阳表面的情况下，外层将面临1400摄氏度的温度，但防护层底面温度将维持在315-371摄氏度，所以它不会被烧坏。

@ 新一为了防止帕克的仪器遭受辐射，研究人员为探测器配备了一个隔热罩，隔热层夹在另一种碳基材料的窗格之间，这类似于制造高尔夫球杆和网球拍用的石墨环氧树脂。当帕克游走于太阳周围时，隔热罩将保持面向这颗炽热的恒星，以保护隐藏在“护盾”后面的仪器免受辐射的伤害。
@ 球球好像是前面有一个很大的碳纤维板，一方面可以抵挡强烈的太阳光，还有一方面可以让观测设备放置在太阳光直射到碳纤维板形成的影子底下，避免阳光直射烧坏探测器重要元器件！

感谢大家的支持，我们下期再见！

本文插图均来自NASA官网（www.nasa.gov）