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

2020-11-26 騰訊網

太陽的表面超過5500K，內核溫度超過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，還有去離子水循環，防止局部溫度過高！

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%以上，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%的反射率呢？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製造！

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內核的溫度下保持固體，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！

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