帕克号太阳探测器
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2018年8月12日,由NASA帕克太阳探测器发射,这将是人类探测器最接近太阳的一次旅程。面对艰险的环境,轻车简从的帕克号只带了四把仪器:FIELDS电磁力计、WISPR广角相机、SWEAP太阳风粒子探测仪、ISIS集成探测仪。
1、FIELDS电磁力计(加州伯克利大学太空科学实验室设计研发)
用于测量太阳大气层中的电磁场。
其中四根2米长的天线直接从防热盾的四周延伸开来,可以通过调节模式来分别测量快太阳风和慢太阳风的性质——对,你没看错,这意味着这四根天线将和隔热盾一起完全暴露在最高1400摄氏度的高温下,因此它是用抗高温材料铌合金制成的。
另外还有一根磁力计天线(天线上栓了三个拳头大小的磁力计),像尾巴一样拖在帕克号身后,会完全被防热盾保护起来。
2、WISPR广角相机(海军研究实验室太阳和太阳物理分部设计研发)
WISPR相机只有鞋盒大小,用于对日冕和太阳风的大尺度结构直接拍照成像。在如此近的距离,WISPR相机有望拍到更少干扰的日冕结构原本的样子。同时,WISPR相机将成为把大尺度日冕结构和通过其他仪器探测到的具体物理细节联系在一起的桥梁。
WISPR配有两个望远镜成像系统,这部分用的技术和材料完全是常规操作。望远镜棱镜用的BK7玻璃,相机用的CCD传感器,这些都已经通过验证完全能在帕克号所处的极端环境中满足探测需要。
防热盾挡住了绝大部分太阳光,但这恰恰让原本相对不明显的日冕变得清晰起来了,就像是“人造日全食”似的。对此,WISPR项目的项目负责人Russell Howard表示:“天然日全食当然很好,但从数据获取的角度来说我更喜欢我们的WISPR相机,毕竟它可以连续工作,7×24小时无休”。
3、SWEAP太阳风粒子探测仪(史密松天体物理台和加州伯克利大学太空科学实验室联合设计研发)
用于测量和分析太阳风中各种粒子(电子、质子、氦离子等)的数量、速度、密度、温度等性质,让我们更好地了解太阳风和日冕等离子体里有什么。
SWEAP探测仪有两个部分,一部分叫SWEAP SPC,用于探测;另一部分叫SWEAP SPAN用于分析。
SPC其实就是一个法拉第杯,是一个用来测量带电粒子入射强度的真空金属杯,内部用蓝宝石来隔离各个组件。为了探测从太阳发出的带电粒子,SPC也必须暴露在防热盾之外的1400摄氏度的高温中。
SWEAP SPC的位置(红圈),黄圈是下面会讲到的SWEAP SPAN B。
SWEAP SPAN在帕克号两侧各安了一个(SPAN A+和B),比SPC有更广的视角,可以探测到更多区域,但更重要的是,SPAN可以直接对探测到的粒子根据质荷比进行分类。
SWEAP SPAN A+的位置(黄圈),和SPAN B分列帕克号机身两侧。
位于前侧的SWEAP SPC和分立两侧的SWEAP SPAN A和B,几乎相当于是对帕克号所处空间中太阳风粒子的全方位无死角探测了。
4、ISIS集成探测仪(普林斯顿大学、约翰霍普金斯应用物理实验室等多个机构共同设计研发)
发音“ee-sis”,中间那个代表太阳。ISIS的使命是探明日冕和太阳风中各种粒子(电子、质子和离子)的生命周期,告诉我们:
这些粒子是从哪里来的?是如何被加速的?如何从太阳运动到星际空间的?
ISIS也有两部分:EPI-Lo和EPI-Hi。海胆一样的EPI-Lo的形态比较独特,八边形的穹顶结构里塞了80个硬币大小的取景器,可以说是“浑身都是眼睛”了。EPI-Hi的设计就超级简洁了,就是三个传感器拼在一起。
EPI-Lo和EPI-Hi分工明确,前者负责低能粒子,后者负责高能粒子,两者分工协作可以把来自日冕和太阳风的各种能量粒子都“扫荡”一遍,包括SWEAP太阳风粒子探测仪探测不到的那些粒子。