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离太阳最近的摄像头:如何直视太阳又不会被高温融化?

  • 作者:ror体育网址
  • 发布时间:2021-11-22 01:07
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本文摘要:太阳探测器欧洲航天局和美国宇航局的太阳探测器正在面临一定的任务悖论:航天器越靠近太阳,它面临的光就越多,对其仪器的损害也就越大。科学家们要研究太阳的可见光,但他们还得想措施让航天器抵御太阳光。 德国马克斯·普朗克太阳系研究所的“极化和日震影像仪”(PHI)团队成员阿奇姆·甘多夫说:我们想使用航天器上的仪器来观察来自太阳的可见光,但我们必须想措施掩护它不受可见光的影响。这是所有开发太阳航天仪器团队都面临的难题,不仅仅是PHI。

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太阳探测器欧洲航天局和美国宇航局的"太阳探测器"正在面临一定的"任务悖论":航天器越靠近太阳,它面临的光就越多,对其仪器的损害也就越大。科学家们要研究太阳的可见光,但他们还得想措施让航天器抵御太阳光。

德国马克斯·普朗克太阳系研究所的“极化和日震影像仪”(PHI)团队成员阿奇姆·甘多夫说:"我们想使用航天器上的仪器来观察来自太阳的可见光,但我们必须想措施掩护它不受可见光的影响。"这是所有开发太阳航天仪器团队都面临的难题,不仅仅是PHI。

太阳轨道器有十台仪器,包罗六台望远镜,其中许多仪器是为了直接视察太阳而设计的。如果仪器直视太阳,强烈的光和热会发生倒霉的影响,但从科学的角度来看,它们需要收集足够的光。针对这一挑战,研究团队提出了自己的解决方案。首先,让我们来看看太阳轨道器要蒙受什么样的情况,以及要接纳什么样的基本掩护措施。

为了靠近太阳, 太阳轨道器必须蒙受很是高的温度,这是第一个大问题。太阳轨道器被设计成距离太阳约4200万公里,这比距离太阳最近的行星水星的轨道还要靠内。在这样的距离下,太阳是相当恐怖的。

纵然在距离太阳轨道器很远的地方,水星的外貌温度也凌驾400℃,其温度足以融化铅。太阳轨道器的制作必须能够蒙受这种高温,而且仍然能够宁静地举行观察。"太阳神"号太阳探测器第一个如此靠近太阳的航天器是在70年月中期被称为 "太阳神"的仪器。

这两颗探测器由其时的西德航天局和美国宇航局配合制作,航行距离太阳4600万至4300万公里。事实上,"太阳神 "号并没有配备可以直视太阳的望远镜或照相机,它主要是丈量自己周围的粒子和磁场。"太阳神 "以每分钟60次的速度旋转,以防止一个偏向的温渡过热。

这样一来,从某种意义上说,它就 "解决 "了太阳强烈的光和热的问题。“极化和日震影像仪”太阳轨道器也配备了类似的仪器,但它与 "太阳神 "差别的是,它拍摄的是太阳的图像。通过对太阳图像的观察和丈量,我们可以将太阳上发生的事件与太阳轨道器周围的物理情况如何变化联系起来。

为了宁静地执行任务,太阳轨道器用特殊的隔热罩掩护自己。这种防护罩由钛、碳纤维和铝制成,可以蒙受凌驾500摄氏度的温度,将太阳的能量转移到两侧,并将其从航天器上散去。这个屏蔽层可以让仪器在合适的温度下事情。

但这不是最终的解决方案。需要直视太阳的相机不能在遮挡物后面使用,它需要通过某种方式让太阳光进入相机。基本上,科学家们要在防护盾牌上打一个洞。

“SPICE日冕情况光谱成像”项目的首席研究员弗雷德里克·奥歇尔表现, 太阳探测器旨在展现毗连被称为日冕的炎热太阳大气和较冷太阳外貌的气体的性质。这种气体带电,称为等离子体。等离子气体是带电的,它会沿着太阳的磁场喷射到空间,SPICE项目视察到等离子体发出的极端紫外线辐射。

这意味着,太阳轨道器需要面临太阳, 因此,航天器要蒙受比地球位置大10到15倍的气力。观察的关键是,SPICE的科学家们要观察的光只有紫外线。他们不需要收集我们能看到的可见光,相反,如果能切断可见光,对航天器会更好,因为可见光携带了太阳的大部门热量。

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于是SPICE团队准备了一面只对紫外线敏感的镜子,作为吸收光线的光学仪器。镜面只将紫外光反射到探测器上,而可见光和其他波长的光则被跳过,由其它镜面从航天器上带走。EUI极紫外成像仪在太阳探测器上的位置太阳轨道器上的其余五台望远镜也有自己的热处置惩罚方式。

例如,“EUI极紫外成像仪”通过隔热罩上的 "窥视孔 "视察太阳。孔中装有一个很薄的铝制过滤器,这种过滤器就像你厨房里的铝箔,但要薄得多,它可以反射大部门可见光和热量。“EUI极紫外成像仪”项目的首席研究员大卫·伯格曼斯说:"从工程和宁静的角度来看,我们希望窥视孔尽可能小。

但望远镜的分辨率主要是由其孔径的巨细以及感兴趣的波长决议的。"X射线光谱仪/望远镜太阳轨道器上还安装有"X射线光谱仪/望远镜"(STIX),这是一种观察波长更短的X射线仪。STIX的主要研究者萨姆·克鲁克解释说:"为了观察X射线,我们在仪器前面放了一块薄薄的金属板,以掩护它不受热。

这块板子是由铍制成的,很是轻,可以让X射线比力好地通过。"太阳轨道器视察可见光,绘制太阳亮度图,然后丈量太阳外貌四周的磁场。科学家们意识到,研究只需要可见光波长的宽光谱中的一个狭窄区域的光,其他的光都需要逃逸到太空。

PHI团队通过开发一种很是庞大的窗口来解决这个问题,这种窗被涂上了涂层,除了科学家们想视察的红色波长外,其它的都被盖住了。如果你看着这扇窗户,视察者可以看到自己,它就像一面镜子。Metis日冕仪图像太阳轨道器还安装了Metis日冕仪,它是一种观察太阳日冕的设备,不仅用于太阳轨道器,还用于太阳观察。

SoloHI日光层成像仪日光层成像仪(SoloHI)也包罗在太阳轨道器当中,这种仪器不是用于视察太阳,而是捕捉在太阳风中远离太阳时散射的光。它还是配备了一块板子,以淘汰航天器太阳能电池板和隔热罩反射的光线。

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太阳轨道器要克服的不仅仅是极端高温。许多对航天器周围情况举行丈量的仪器必须蒙受严寒的温度。仪器有一个被称为 "吊杆 "的4.4米长的臂上,它位于航天器的后部,始终处于热屏蔽的阴影中。"SWA太阳能风力分析仪"就位于这个区域,它包罗三个传感器,要经受住极热和极冷的磨练。

分析电子的系统位于吊杆的末了,始终处于隔热罩的阴影中。科学家们必须给它保暖,如果不这样,它可以到达零下100摄氏度。

"SWA太阳能风力分析仪"位于太阳轨道器的末了"SWA太阳能风力分析仪"的另外两个传感器必须瞄准太阳,才气捕捉到研究人员想要观察的粒子。这些传感器,一个是捕捉被称为质子和阿尔法粒子的粒子,另一个是捕捉重离子的粒子,它们被放置在热盾的角落里,有自己的小热盾。粒子是通过 "迷你隔热罩 "的小漏洞被带入的,但由于是小漏洞,可能损坏传感器的光线也会进入。

同样,科学家不得不做专门的设计。质子和重离子是带电的,当有电场时,它们可以弯曲行进偏向。

为了使用这一点,这两个传感器被设计成在狭缝后面局部,发生一个强电场,这样科学家们想要检测的粒子就可以在热屏蔽后面获取,而从狭缝中射入的光线在设备后面通过也不会弯曲,它就像一个带有静电的潜望镜。太阳轨道器是一个庞大的航天器,有多种仪器,包罗了这些防护措施。

太阳轨道器航天器要蒙受的温度规模很广,从隔热罩前的500多摄氏度到吊杆尾部的零下100摄氏度。但要回覆关于太阳的问题,就需要尽可能地靠近太阳,尽可能地使用差别类型的仪器。对于太阳轨道器的项目科学家扬尼斯·祖加尼利斯来说,这让太阳轨道器任务变得有价值。

他说:"我们要研究四个大课题。但为了推进这项研究,我们需要逐一回覆数百个小问题。四个课题划分是:研究太阳风和日冕的磁场;研究太阳的自发事件及其对太阳风和日冕的影响;研究太阳的物质喷发及其发生的高能粒子;研究太阳磁场的发生。太阳轨道器的奇特之处在于,它既能拍摄太阳的图像,又能视察自己的周围。

这样的探测器此前从未泛起过,美国宇航局2018年发射的"帕克太阳探测器"也将更靠近太阳举行观察,但其上没有摄像头。用帕克太阳探测器举行观察虽然重要,但如果能像太阳轨道器一样,以图像的形式看到它,可能会对更多的观众发生更大的影响。太阳轨道器任务和其他所有的太空探索任务一样,会有一些令人惊讶的发现。


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