Nhiệm vụ chạm vào Mặt trời, với tàu vũ trụ nhanh nhất trong lịch sử

Từ New York đến Tokyo trong chưa đầy một phút, đó là chuyến thăm dò mặt trời Parker của NASA có thể đi nhanh đến mức nào.

Được thiết kế để nghiên cứu bầu khí quyển của Mặt trời, Tàu thăm dò mặt trời Parker sẽ đến gần bề mặt của nó hơn bất kỳ tàu vũ trụ nào trước đó. Mọi thứ sẽ nóng lên thực sự nhanh chóng.

Một khái niệm của một nghệ sĩ về Tàu thăm dò mặt trời Parker tiếp cận Mặt trời. Tín dụng: JHUAPL

Để hiểu lý do tại sao Parker Solar thăm dò được gửi đến bầu khí quyển mặt trời, trước tiên chúng ta hãy xem tại sao việc nghiên cứu Mặt trời lại quan trọng và nó ảnh hưởng đến chúng ta như thế nào.

Gió mặt trời

Trái ngược với nhiệt độ ở bề mặt Mặt trời, là ~ 6000 độ C, bầu khí quyển bên ngoài của nó (corona) được làm nóng lên đến hàng triệu độ. Và chúng ta không biết chính xác tại sao. Nhiệt độ cao như vậy dẫn đến việc giải phóng các hạt tích điện có năng lượng cao (electron, proton, hạt alpha, v.v.) từ corona, gọi chung là gió mặt trời.

Corona của Mặt trời có thể được nhìn thấy trong một lần nhật thực toàn phần. Tín dụng: Zombiepedia trên Wikipedia, CC BY-SA 4.0

Các hạt tích điện trong gió mặt trời mang từ trường của Mặt trời ra bên ngoài hệ mặt trời với tốc độ cao. Khi Mặt trời quay, từ trường của nó xoắn lại thành một vòng xoắn ốc, ảnh hưởng đến việc giải phóng các hạt tích điện theo cách tương tự. Do đó, từ trường của Mặt trời được đưa ra ngoài vào hệ mặt trời dưới dạng một vòng xoắn ốc Archimedean.

Từ trường của Mặt trời được đưa ra ngoài theo mô hình xoắn ốc, kết quả của sự quay của Mặt trời & ảnh hưởng của nó đối với gió mặt trời. Tín dụng: WSO Stanford

Khi các hạt tích điện trong gió mặt trời đến gần Trái đất, trước tiên chúng va vào từ trường của Trái đất, khu vực có từ trường của Trái đất chiếm ưu thế. Gió mặt trời phá vỡ từ trường của Trái đất khi nó nén nó vào phía ban ngày của Trái đất và kéo dài nó về phía ban đêm. Do đó, từ quyển của trái đất được hình thành bởi gió mặt trời.

Mô tả của một nghệ sĩ về các hạt gió mặt trời tương tác với từ quyển của Trái đất. Kích thước không theo tỷ lệ. Các dòng trắng: gió mặt trời, dòng màu tím: sốc cung, dòng màu xanh: từ trường của trái đất. Tín dụng: NASA trên Wikipedia

Sự tương tác của gió mặt trời với từ quyển của Trái đất gửi một lượng lớn năng lượng trở lại Trái đất gây ra những thay đổi rộng rãi cho bầu khí quyển của chúng ta. Một trong những hiệu ứng tốt của sự tương tác này là Auroras xinh đẹp.

Bão mặt trời và ảnh hưởng của nó đến Trái đất

Gió mặt trời thường mang theo những cơn bão từ có năng lượng cao được đẩy ra từ Mặt trời gọi là các cơn bão mặt trời, và đôi khi các phiên bản thậm chí còn mạnh mẽ hơn của nó được gọi là phóng xạ khối vành (CME). Năng lượng được giải phóng bởi những cơn bão có từ tính cao này tương đương với hàng triệu quả bom hydro.

1) So sánh Trái đất với sự phóng đại khối cực mạnh (CME) từ Mặt trời. Tín dụng: NASA SDO. 2) CME năng lượng mặt trời đang hoạt động. Tín dụng: Penyulap trên Wikipedia, CC BY-SA 3.0

Khi những cơn bão này đến Trái đất, chúng có thể có một số ảnh hưởng nghiêm trọng mặc dù từ trường bảo vệ của chúng ta. Các cơn bão mặt trời năm 1859, 1882 & 1921 đều khiến các dịch vụ điện báo ngừng hoạt động, gây ra hỏa hoạn và trong một số trường hợp thậm chí còn gây ra những cú sốc chết người cho các nhà khai thác điện báo. Tương tự như vậy, cơn bão mặt trời năm 1960 đã gây ra sự gián đoạn rộng rãi các dịch vụ liên lạc vô tuyến.

Ảnh hưởng của những cơn bão mặt trời lớn trên Trái đất sẽ thảm khốc hơn nhiều trong thời đại ngày nay. Một cơn bão mặt trời năm 1859 xảy ra trong thời đại ngày nay có thể gây ra nhiều vấn đề như:

  • Phá vỡ các hệ thống điện lớn trên Trái đất gây mất điện trên toàn thế giới trong nhiều tuần, nhiều tháng hoặc thậm chí nhiều năm.
  • Thiệt hại vật lý cho các vệ tinh của chúng ta, khiến chúng bị trục trặc hoặc thất bại hoàn toàn.
  • Phá vỡ cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc của chúng tôi, bao gồm cả các vệ tinh GPS.
  • Đối tượng phi hành gia với liều lượng bức xạ gây chết người. Đây là một mối quan tâm lớn đối với các phi hành gia trong tương lai trên Mặt trăng hoặc Sao Hỏa, nơi có rất ít hoặc không có khả năng che chắn khỏi những cơn bão nguy hiểm như vậy.

Tại sao chúng ta nên hiểu rõ hơn về Mặt trời

Trong một xã hội ngày càng phụ thuộc vào công nghệ, sẽ thật ngu ngốc khi không hiểu được các kiểu thời tiết của Mặt trời, ảnh hưởng của nó đến Trái đất và thiết lập cơ sở hạ tầng của chúng ta theo đó. Chúng ta sẽ không thực sự là một loài thông minh nếu chúng ta bỏ qua đối tượng quan trọng nhất ảnh hưởng trực tiếp đến Trái đất và sự sống trên đó.

Sẽ thật ngu ngốc khi không tò mò về bản chất của Mặt trời và các ngôi sao thích nó, và không chỉ vì cuộc sống của Trái đất phụ thuộc vào nó. Một số câu hỏi lâu dài xung quanh bản chất của Mặt trời của chúng ta là:

  • Tại sao bầu khí quyển bên ngoài của Mặt trời (corona) nóng hơn nhiều (hàng triệu độ C!) So với bề mặt của nó (~ 6000 độ)?
  • Cơ chế nào tạo ra các hạt có năng lượng cao được mang trong gió mặt trời với vận tốc cao?
  • Cấu trúc của từ trường trong corona là gì? Làm thế nào để các lĩnh vực này hành xử để làm cho tất cả các động lực xảy ra?

Chính nhiệm vụ trả lời những câu hỏi như thế này khiến chúng ta trở thành con người.

Tham gia Parker Solar thăm dò - Tàu vũ trụ nhanh nhất trong lịch sử

Tìm câu trả lời cho những câu hỏi đó là lý do tại sao chúng tôi đang phóng Parker Solar thăm dò về phía Mặt trời.

Cập nhật: Tàu thăm dò mặt trời Parker đã được phóng thành công vào ngày 12 tháng 8 năm 2018 trên tàu tên lửa Delta IV hạng nặng mạnh mẽ và là tàu vũ trụ nhanh nhất khi phóng, đánh bại kỷ lục Chân trời mới.
Tàu thăm dò năng lượng mặt trời Parker ra mắt trên tàu Delta IV Heavy. Tín dụng: ULA trên Flickr

Tàu thăm dò mặt trời Parker sẽ sử dụng nhiều hỗ trợ trọng lực từ sao Kim để giảm dần quỹ đạo quanh Mặt trời. Vào năm 2024, Tàu thăm dò mặt trời Parker sẽ bay gần Mặt trời nhất, chỉ cách bề mặt của nó ~ 6 triệu km. Đó là khoảng 9 lần gần Mặt trời hơn so với Sao Thủy!

Quỹ đạo của tàu thăm dò mặt trời Parker để đạt được đường chuyền gần nhất tới Mặt trời. Tín dụng: JHUAPL

Ở cách tiếp cận gần nhất với Mặt trời này, Tàu thăm dò mặt trời Parker sẽ là tàu vũ trụ nhanh nhất từ ​​trước đến nay, bất kể bạn đo nó như thế nào. Vào lúc cao điểm, tàu thăm dò sẽ đi nhanh tới 700.000 km / giờ, điều này thật điên rồ khi nghĩ đến. Từ New York đến Tokyo trong chưa đầy một phút, Trái đất tới Mặt trăng trong nửa giờ, đó là chuyến thăm dò mặt trời Parker của NASA có thể đi nhanh đến mức nào.

Đối mặt với sức nóng và bức xạ dữ dội của mặt trời

Ở rất gần Mặt trời có nghĩa là phải đối mặt với sức nóng và bức xạ cực mạnh của nó. Trên thực tế, tàu vũ trụ sẽ bay vào corona nơi nhiệt độ ở mức một triệu độ C. Tuy nhiên, do corona có mật độ rất thấp, phần lớn nhiệt lượng mà tàu vũ trụ phải đối mặt sẽ chỉ từ ánh sáng mặt trời trực tiếp, ở nhiệt độ ~ 1400 độ C, vẫn đang nóng.

Kích thước rõ ràng của Mặt trời như được thấy đối với Tàu thăm dò mặt trời Parker (trái) so với Mặt trời như nhìn thấy trên Trái đất (phải). Tín dụng: Maringaense trên Wikipedia, CC BY-SA 3.0

Để bảo vệ tàu vũ trụ khỏi sức nóng dữ dội, một hỗn hợp carbon-carbon được gia cố đặc biệt sẽ được sử dụng như một tấm khiên, giống như những chiếc trên mũi của Tàu con thoi. Tấm chắn nhiệt dày 4,5 "sẽ giữ cho các dụng cụ khoa học của tàu vũ trụ ở nhiệt độ 20 độ C thoải mái mà chúng có thể hoạt động bình thường. Tấm khiên cũng sẽ giúp các thiết bị tàu vũ trụ chịu được mức độ bức xạ điên rồ, gấp ~ 500 lần so với ở đây trên Trái đất.

Khoa học sao

Với kỹ thuật chất lượng cao như vậy giúp tàu vũ trụ có thể hoạt động trong corona của Mặt trời, các thiết bị khoa học trên tàu đã sẵn sàng cho một số nhiệm vụ tuyệt vời (chơi chữ hoàn toàn có chủ đích).

  1. Thí nghiệm FIELDS sẽ thực hiện các phép đo trực tiếp đầu tiên về các tính chất điện trường và từ trường và plasma trong corona mặt trời.
  2. Thí nghiệm IS☉IS (Điều tra khoa học tích hợp của mặt trời) sẽ đo các hạt tích điện cực mạnh (10 keV đến 100 MeV) trong corona, giúp chúng ta hiểu các cấu trúc vành.
  3. Để bổ sung cho các thí nghiệm này, WISPR (Wide-Imager for Solar PRobe) sẽ chụp những bức ảnh đẹp về corona mặt trời, gió mặt trời, chấn động, nhật quyển bên trong và các cấu trúc khác để thêm bối cảnh.
  4. Thí nghiệm SWEAP (Solar Wind Electrons Alphas and Proton) sẽ đo các tính chất vật lý của các electron, proton và hạt alpha trong gió mặt trời như sự phong phú, vận tốc, mật độ và nhiệt độ của chúng.
1) Thí nghiệm FIELDS. 2) Thí nghiệm IS☉IS. Tín dụng: JHUAPL3) Kính thiên văn quang học WISPR. 4) Một cốc Faraday, một phần của thí nghiệm SWEAP. Tín dụng: JHUAPL

Đặt những mẩu dữ liệu quý giá này lại với nhau, nhiều bí ẩn chính liên quan đến Mặt trời dự kiến ​​sẽ được giải đáp. Một số trong số họ là:

  • Xác định cấu trúc và động lực của từ trường trong corona tạo ra gió mặt trời.
  • Theo dõi dòng năng lượng làm nóng corona và do đó trả lời tại sao nó nóng hơn nhiều so với bề mặt của Mặt trời.
  • Vì tàu vũ trụ sẽ ở trong khu vực nơi nó thực sự có thể nhìn thấy các hạt gió mặt trời đi từ tốc độ cận âm đến siêu âm, nó có thể xác định các cơ chế mà các hạt gió mặt trời có được năng lượng cao.

Phần kết luận

Một số khoa học đáng kinh ngạc đang chờ đợi chúng ta và một thứ cũng sẽ giúp định hình nền văn minh của chúng ta theo một cách thông tin hơn. Đây là những bước bé mà chúng ta cần thực hiện để từ từ trở thành một nền văn minh Loại 1 và hơn thế nữa.

Huy hiệu Parker Solar thăm dò chính thức của NASA. Tín dụng: NASA / APL
Phần tốt nhất về sứ mệnh chạm vào Mặt trời của NASA là nó có thể sẽ tạo ra nhiều câu hỏi hơn là câu trả lời. Khoa học.

Bạn còn chờ gì nữa? Đi trước và khám phá nhiệm vụ!

Được xuất bản lần đầu trên jatan.space