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探測器遠離地球上億千米,表面一百萬度!繼續靠近,發現未見畫面

太陽的表面超過5500K,核心溫度超過1300萬K,這個溫度下地球上可能沒有任何物質擋得住,但事實上帕克太陽探測器就在非常靠近太陽的地方執行任務,那麼從理論上看,能不能找到一種材料可以經受住太陽的熱量呢?

地球上最耐熱的材料是什麼?

很多朋友一想到耐熱,就去尋找熔點最高的材料,當然這絕對不算錯,比如金屬單質元素中熔點最高的是鎢,熔點達到了3422 ℃,如果除開金屬的話,那麼碳無疑是熔點最高的元素,單質碳能承受住3627 ℃的高溫,但隨後就會升華!

人類迄今為止製造的最耐熱的材料是五碳化四鉭鉿(Ta4HfC5),它的熔點為4215 ℃,當然這個溫度距離5500K(開氏度(K) = 攝氏度+273。15)還很遠呢,所以地球上沒有任何物質能經受住太陽的近距離炙烤!

帕克探測器是怎麼做到不怕熱的?

帕克探測器是NASA在2018年發射的太陽探測器,其任務是反覆的探測和觀察太陽的外日冕,它是一顆饒日的探測器,將在2025年最接近太陽,最近時距離僅為640萬千米,只有10個太陽半徑不到,所以它已經極度靠近太陽。

這個位置是太陽的外層大氣所在區域,溫度至少有100萬攝氏度,帕克太陽探測器如何耐高溫?它在朝著太陽方向有一個碳-碳複合材料組成的防護罩,中間還有一層11。5釐米的泡沫碳夾層,朝著太陽的一面還有反射率極高的陶瓷材料!

防護罩總直徑達到了2。4米,將整個探測器擋在身後,隔絕了太陽強大的光輻射,而這個防護罩卻只有72。5千克,不得不說NASA還真有點真本事,躲在防護罩後的整個探測器溫度不超過30℃,當然除了被動隔熱外,還有去離子水迴圈,防止區域性溫度過高!

用什麼方法可以做到更靠近太陽呢?

帕克探測器能耐熱100萬攝氏度,這太陽表面區區5500K算個毛呢?但其實然並卵,我們肯定有這樣的經驗,開水只有100℃,燃燒普通煤爐溫度至少也超過600-700℃,但快速將手伸到火焰附近然後在抽離,絕對不會燙傷!

但只要將手伸入開水,在人反應的時間內,絕對會被燙傷,而且很嚴重!所以帕克探測器所在位置的粒子溫度雖然很高,但密度極低,所以它不會被太陽曬死,而帕克受到的主要是輻射,在強大陽光的輻射下,帕克探測器絕熱層表面可以高達1370℃!

因此帕克探測器加裝了那麼多裝備,能絕熱的溫度也只有1370℃,再高它也撐不住了!

有更好的方法,能讓探測器能耐高溫嗎?

傳導、對流和輻射是熱傳遞的三種方式,在接觸太陽高密大氣之前,傳導和對流可以忽略,唯一需要考慮的是輻射!這種絕熱方式主要還是基於帕克探測器的絕熱技術:

1、鏡面反射,將絕大部分能量反射回去

2、耐熱材料,剩餘吸收的能量必須要耐熱材料承受

3、防止傳導,避免吸收的能量傳遞到探測器本身

3、散熱,熱量積聚也是一個麻煩事,所以散熱很重要

儘量選擇高反射率的材料,畢竟鏡面反射,天文望遠鏡上有一種電泳鍍膜的高反平面鏡,反射率可達99。7?上,但事實上,在660萬千米的位置,其輻射功率是地球赤道上的516。5倍,即使如此其遭受的輻射強度也是地球上1。55倍!

而且高反平面鏡鍍膜不耐高溫,所以這仍然是不是很好的出路,因此在帕克探測器上使用的是極耐高溫的陶瓷材料,但很明顯帕克探測器的1370℃也已經到了強弩之末,再往上也非常困難了!

哪些材料有幾乎100?反射率呢?很抱歉沒有,至少以人類製造的材料中是不存在的,不過《三體》中的水滴強作用力材料為大家開拓了一條思路,利用質子緊密排列形成的最光滑表面,它是反射率最高的材料,很可惜我們現在無法制造!

防止傳導的材料,多孔泡沫材料無疑是最佳選擇,在帕克探測器中用的泡沫碳就是最佳材料,如果絕熱不理想,那麼可以再加厚一點,絕熱不夠,厚度來湊!

最後散熱,水的熱比容比較大,比較適合用來作為散熱劑,當然要求快速散熱的場合也可以選用其他密度更低但導熱快的液體,比如液氦超流體?但事實上根本不適合在太陽附近散熱!

但所有一切的手段,在周圍都是高密度高能物質包圍時候,就全都失效了,就像肉丟進了熱水裡一樣,不過電子簡併態材料即可在太陽核心的溫度下保持固體,而不至於變成等離子體!當然上文所說的中子星物質也是可以的!

帕克發現了什麼?

人類對太陽的觀測很久就開始了,但太陽和地球之間的關係,一直到卡林頓事件之後才有懵懵懂懂知道一點,太陽的耀斑和地球有很大的關係,但作用機制是什麼,沒人說得清楚!

1950年代,NASA科學家尤金·帕克提出了太陽風的概念,到1960年代證實了它的存在,它和地球磁層以及高層大氣圈的之間的關係很大,而且地球上的極光也是由它產生的,當太陽大量物質拋射時就不能用太陽風來形容了,而是日冕層物質拋射,但它的作用機制,發生過程等等都兩眼一抹黑!

帕克探測器就是幹這個事情的,它的發現前所未見:

1、太陽周圍有一個無塵區域,黃道光就是太陽系黃道面上的塵埃形成,它們是高速環繞太陽的塵埃顆粒,但在太陽周圍有一個被高能粒子轟擊,和太陽風驅趕的無塵區域,此前從未觀測到過。

2、旋轉的太陽風,在地球附近太陽風都是放射狀,但帕克發現了旋轉的太陽風。

3、地球上無法觀測到的小規模高能粒子爆發

4、太陽磁力線迴旋,甚至能在數秒內轉向180度。

近水樓臺先得月,這是地球上永遠都觀測不到的,不過帕克太陽探測器也沒打算回來,未來最可能的結果是衝入太陽,以最近的距離觀測太陽!