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"觸摸太陽"瘋狂計劃背后,是60年前無人理解絕境求生

2018-08-17 15:23:56來源:SME科技故事

還有什么比親眼看著以自己命名的航天器發(fā)射升空更過癮?

尤金·帕克(Eugene Parker),正是史上第一人。

發(fā)射現(xiàn)場

發(fā)射現(xiàn)場

北京時間8月12日下午3點31分,帕克太陽探測器隨德爾塔4重型火箭順利發(fā)射升空。

已91歲高壽的帕克本人親臨現(xiàn)場,目送“帕克號”奔向太陽,開啟逐日之旅。

這是NASA首次破例,以健在人物命名航天器。

在過去,從來沒有開過這樣的先例,都是以已故名人命名。

尤金·帕克老爺爺在現(xiàn)場

尤金·帕克老爺爺在現(xiàn)場

此外,這將是人類文明最接近太陽的一次,堪稱史詩級任務(wù)。

“帕克號”也是有史以來飛行速度最快的探測器。

在未來為期7年的任務(wù)里,她將深入高達1400攝氏度的日冕層。

最近距離太陽的表面只有600萬千米,將大幅度地刷新以往所有記錄。

太陽半徑約70萬千米,這只相當于8.5個太陽半徑,幾乎可以用“觸摸太陽”來形容。

之所以用帕克來命名,是為了表彰紀念尤金·帕克對太陽的研究貢獻。

他首次提出了太陽風的概念,從根本上改變了20世紀50年代關(guān)于太陽系的錯誤猜想。

當然,扭轉(zhuǎn)守舊的觀念并不簡單。

帕克當年那篇開創(chuàng)性論文可是經(jīng)歷了不少波折。

被直接拒稿,差點連發(fā)表的機會都沒有。

1927年,尤金·帕克(Eugene Newman Parker)出生于美國密歇根州。

他從小就是個“不太熱情”的學生。

但自從高中起,他就愛上了物理這門研究萬物運行規(guī)律的學科。

在獲得博士學位的幾年后,他便在芝加哥大學尋得一份不錯的教職。

那一年,他剛好28歲,滿心憧憬。

但剛踏進芝加哥大學還未站穩(wěn)腳,年輕的帕克就遇上了人生第一個難題:

是遵循自己的內(nèi)心,還是“精明”地附和上司以圖平步青云?

自19世紀以來,科學家就知道,某些太陽活動會影響到地球。

1859年9月1日的卡林頓事件,就是有觀測以來最強的大規(guī)模磁暴事件之一。

那天兩位英國業(yè)余天文學家理查德·卡琳頓和理查德·霍奇森,獨立觀察到了太陽表面散發(fā)出的“白色耀斑”。

理查德·卡琳頓勾勒出來的太陽黑子,白色耀斑出現(xiàn)在A、B位置,5分鐘后移動到C、D處消失

理查德·卡琳頓勾勒出來的太陽黑子,白色耀斑出現(xiàn)在A、B位置,5分鐘后移動到C、D處消失

大約過了17.6個小時,地球的磁場就受到了嚴重影響。

地磁儀的指針因超強的地磁強度而跳出了刻度范圍。

與此同時,各地的電報塔都閃著火花,電線被熔斷,北美與歐洲的電報系統(tǒng)陷入癱瘓。

這天夜里,北極光一直向南蔓延至赤道附近,古巴和牙買加都能看到。

當年卡林頓事件的報道

當年卡林頓事件的報道

因為從觀察到太陽耀斑到地球磁暴只間隔了17.6個小時,而太陽與地球之間的距離為9300萬英里。

這將意味著,會有什么東西從太陽那邊以每小時超過500萬英里的速度向地球奔去。

然而并沒有人知道,太陽究竟是以什么方式影響地球的。

更多的,只是把太陽的異常運動與地球磁暴現(xiàn)象當作是一種巧合或迷信。

路德維格·比爾曼

路德維格·比爾曼

但路德維格·比爾曼(Ludwig Biermann)博士,卻不是這樣認為的。

20世紀60年代,他就在觀測彗星中注意到了一個有趣的現(xiàn)象——彗尾好像被人動過手腳一樣。

當慧星在太空穿梭時,會出現(xiàn)兩條指向不同的尾巴。

然而無論的運動方向如何,彗尾都不會像人們預(yù)期那樣指向經(jīng)過的路線,反而總是指向背離開太陽的方向。

所以比爾曼推測,除了光和熱之外,太陽一定是還發(fā)出了某種“微粒輻射”的物質(zhì)流,才會把慧尾“吹歪”。

當時,他還從德國遠道而來,找到了約翰·辛普森教授以展示自己的最新研究。

約翰·辛普森,是芝加哥大學空間與天體物理實驗室的創(chuàng)始人,還曾是“曼哈頓計劃”的團隊領(lǐng)導。

獲得這樣的支持者,比爾曼關(guān)于彗尾的猜想或許更容易被世人接受。

約翰·辛普森

約翰·辛普森

但無論比爾曼怎么解釋,辛普森教授始終都無法接受這個古怪的想法。

按照當時最權(quán)威的理論,太陽大氣的形態(tài)與地球是相似的,處以一種靜止的狀態(tài)。

而它們兩者之間差異,只在規(guī)模上。

太陽大氣的范圍極其寬廣,能將地球等行星統(tǒng)統(tǒng)收入囊中。

換句話說就是,靜止的太陽大氣并不可能向外釋放物質(zhì),更不會將彗尾吹歪。

當然,比爾曼也確實無法解釋,這種物質(zhì)流究竟是如何產(chǎn)生,又該如何推翻舊的太陽模型。

當時,辛普森教授還試圖將走歪了的比爾曼匡扶回正道。

只是他也不想多費口舌了,便把研究資料交給了帕克,想讓這位新人為自己代勞。

但結(jié)果,卻讓這位德高望重的教授無比失望。

尤金·帕克拿到資料后,便回去日夜鉆研。

他越看就覺得越不對勁,明明比爾曼是對的。

結(jié)果,帕克反而“叛變”成了這個“歪理邪說”的第一支持者。

當再次見到辛普森教授時,帕克就直接攤牌了:“比爾曼是對的,你們都搞錯了!太陽的大氣不是靜止的,而是動態(tài)的。”

那年,帕克才30歲出頭。

對面則是自己的頂頭上司,也是世界上最權(quán)威的專家。

而他,還是毅然選擇了遵循自己的內(nèi)心。

此外,經(jīng)過幾個月的研究,帕克還重新打造了一個新的太陽模型。

這個新模型,不但能解釋比爾曼慧尾曲率的觀測結(jié)果,還解決靜止大氣模型中遇到的一些矛盾。

日全食可觀察到的日冕形態(tài)

日全食可觀察到的日冕形態(tài)

在帕克的模型里,日冕的超高溫會讓粒子沖破太陽的引力束縛。

而隨著日心距離的增加,日冕中釋放出來的物質(zhì)也會被加速至超音速態(tài)。

到地球附近時,這個速度就已經(jīng)達到數(shù)百公里每秒了。

而這種高速粒子流,會與地球磁場發(fā)生作用,甚至會引起地球磁暴現(xiàn)象。

“太陽風”

對于這種從太陽向外釋放的帶電粒子流,帕克也創(chuàng)造性地將其稱為。

看帕克信心滿滿的樣子,辛普森教授腸子都快悔青。

拗不過倔強的帕克,那他只能選擇劃清界限了。

他對帕克下了最后通牒。

你的論文要發(fā)表可以,但是千萬不要帶實驗室的名頭,更不要以任何方式提及我的名字。

我丟不起這個臉,就這樣,古德拜!

在這之后,帕克就踏上了發(fā)論文的艱辛之路。

那時,他還是個剛踏入學術(shù)圈的毛頭小子。

現(xiàn)在又跟上司鬧翻,自然不可能獲得其他大牛的推薦。

更重要的是,他提出的這個開創(chuàng)性理論,將挑戰(zhàn)整個物理界的權(quán)威。

所以毫無懸念地,沒有一家學術(shù)期刊愿意接受他的論文。

盡管審稿人沒辦法對這篇論文挑出任何的錯誤和毛病。

但他們僅憑“荒謬”二字就將帕克拒之門外,“我不知道論文錯在哪兒,但你肯定是錯的”。

帕克可咽不下這口氣,“你倒是給我揪出一點錯來”,“我用的是牛頓的公式,牛頓是對的,帕克就是對的!”

走投無路,他還主動上門找到了《天體物理學報》(Astrophysical Journal)的主編錢德拉塞卡教授。

在他手里,能否發(fā)論文只是點頭與搖頭的區(qū)別。

事實上,錢德拉塞卡本人也覺得這套理論跑偏了。

但從帕克身上,他卻仿佛看到了自己的過去。

因為錢德拉塞卡自己的成果也一直被權(quán)威抨擊、打壓和漠視。

他原本是在英國做研究,24歲就提出了諾獎級的理論“錢德拉塞卡極限”。

但實在無法忍受英國皇家學會專家們的傲慢與打壓,他才會來到美國重新振作。

即使不認同帕克的內(nèi)容,但他絕對不允許悲劇再次發(fā)生。

所以,身為主編他決定給帕克一次機會,捍衛(wèi)每一個不受待見的理論。

1958年,帕克的開創(chuàng)性論文才有機會公諸于世。

雖然帕克的論文在學術(shù)界激不起一絲水花,但他總是一副胸有成竹的模樣。

因為他早就料到,不出幾年就能獲得決定性證據(jù)了。

實踐是檢驗真理的唯一標準。

很快,那些曾嘲諷或批評帕克的人就被打臉了。

得益于美蘇冷戰(zhàn)時期的太空競賽,各種新式的衛(wèi)星被打造出來,能探索到更深更遠的太空。

就在論文正式發(fā)表的一年后,蘇聯(lián)的Luna 1就在太空中探測到持續(xù)的太陽風粒子。

雖然沒有測到粒子流的速度,但也算是個好開端。

在這之后,隨著探測衛(wèi)星的不斷深入,好消息也不斷傳來。

Mariner 2

Mariner 2

1962年,美國的Mariner 2探測到太陽釋放的高速帶電離子流,速度在400到700公里每秒間變化。

那時,所有人都不得不相信帕克的神預(yù)言:太陽大氣是動態(tài)的,太陽風真的充滿了整個太陽系。

真理也許遲到,但絕不會缺席。

40歲,帕克便評上了美國國家科學院院士,各種獎項緊跟其后。

現(xiàn)在人類的有關(guān)太陽的研究成果,都與他的貢獻密切相關(guān)。

而當初幫助帕克的貴人錢德拉塞卡,也終憑當初的成果于1983年獲得了諾獎的認可,一洗屈辱。

NASA的STEREO任務(wù)捕捉到的太陽風

NASA的STEREO任務(wù)捕捉到的太陽風

當然,帕克的理論只算拋磚引玉,關(guān)于太陽還有許多謎題尚未有定論。

例如,為什么外部的日冕的溫度(200萬℃)會比內(nèi)部光球?qū)?5500℃)熱那么多?

一般來說,距離熱源越遠溫度越低才對,這是個未解之謎。

其次,太陽風具體是通過怎樣的物理過程才加速到超音速狀態(tài)的?

這些都是困擾了科學家數(shù)十年的難題,各種理論爭論不休。

此次的帕克號,正是帶著各種疑問奔向太陽。

帕克項目已經(jīng)醞釀了近60年,隨著相關(guān)技術(shù)的成熟才得以成型。

其中最重要的一項,自然是隔熱技術(shù)。

安裝帕克號的隔熱罩

安裝帕克號的隔熱罩

帕克號隔熱罩呈三明治結(jié)構(gòu),兩層碳-碳復合材料夾著一層11.4厘米厚的碳泡沫。

而最外層則是白色的陶瓷涂層,可以反射絕大多數(shù)來自太陽的熱。

可不能小瞧這薄薄一層隔熱罩。

雖然面對的是1370℃的高溫,但躲在隔熱罩后面的探測器溫度只有29℃。

這項探測計劃預(yù)計結(jié)束時間為2025年6月。

在7年任務(wù)中,探測器的目標設(shè)定在穿越日冕24次。

真金不怕洪爐火,帕克號將孤獨地飛行,開啟探索炙熱的太陽旅途。

它會像當年帕克本人一樣,在高壓一心追尋真理。

現(xiàn)在,帕克已經(jīng)見證了以自己名字命名的太陽探測器發(fā)射。

祝愿帕克爺爺健康長壽,在未來與全人類共同見證太陽的謎底!

關(guān)鍵詞: 絕境 年前 背后

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