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距离太阳表面仅800万公里,探测器拍到奇幻影像,刷新人类的认知

2024-04-25科学

在众多被人类送入外太空的探测器中,「帕克」以其惊人的速度脱颖而出,峰值时接近每秒200公里,可谓速度之王。其如此高速的原因在于,它是一个专为近距离观测太阳而设计的探测器。在飞往太阳的旅途中,太阳的引力不断为其加速,使其速度不断提升。

一般观念认为,将探测器送往太阳应该轻而易举,毕竟太阳的引力非常强大,只需将探测器送入太空,太阳的引力自然会将其「牵引」过去。然而,实际情况并非如此简单。从地球发射的探测器,本身就带有地球的公转速度,这意味着探测器本身也在围绕太阳旋转。在这种情况下,太阳对探测器的引力实际上起到了向心力的作用,而不是直接将其「吸引」过去。因此,将探测器送往太阳的任务远比想象中要复杂。

当前的科技能力使探测器只能在太阳周围沿椭圆轨道运行。为了使其接近太阳表面,我们需要降低其速度。一个有效策略是利用行星的「引力弹弓」效应。通过精心计算和设计,探测器可以借助行星的引力来改变其轨道和速度,从而逐步接近太阳的近日点。这种方法既经济又高效,是实现探测器靠近太阳表面目标的重要手段。

帕克探测器自2018年8月12日发射以来,便通过金星「引力弹弓」多次减速,使其轨道的近日点逐渐向太阳表面靠近。这种独特的减速方法确保了探测器能够成功接近太阳,完成预定的探测任务。

2021年4月,帕克探测器成功穿越了太阳大气的最外层——日冕,从而成为了人类历史上首个与太阳直接「对话」的探测器。

至今,帕克探测器已传回丰富的观测数据,极大地加深了我们对太阳的了解。最近的研究表明,帕克探测器在一次穿越日冕抛射物的过程中,捕捉到了令人惊叹的影像。

对于这个巨大的旋涡状结构,科学家经过深入研究后认为,它属于「开尔文-亥姆霍兹不稳定性」现象,英文简称「KHI」。这种现象被命名为「Kelvin–Helmholtz instability」。

"KHI"是流体动力学中的一种现象,表现为两层流速不同的流体在接触界面上产生的波动和不稳定性。这种现象源于流体间速度差异引起的相互作用,导致界面波动,进而影响整体流体稳定性。

"KHI"现象在生活中相当普遍。举例来说,当风掠过水面,因空气与水的流速差异,两者的接触界面便会产生"KHI",从而形成了我们常见的风浪。此外,当风穿过云层时,类似的现象也可能发生,形成波浪状的云朵。这些都是"KHI"在不同环境中的表现。

要明白的是,太阳在持续发光发热的过程中,会不断向各个方向释放大量的高速带电粒子流,这被称为「太阳风」。同时,日冕抛射物由大量等离子体物质构成,从这一角度看,「太阳风」和日冕抛射物均可被视为流体。

科学家指出,当两种流体间的速度差异显著并持续足够长的时间,接触界面上产生的「KHI」波动会逐渐加强,使界面稳定性降低,最终可能形成旋涡。

合理的推测是,当日冕抛射物与「太阳风」速度不同时,可能引发「KHI」现象。在特定条件下(速度差异显著且持续时间长),会形成巨大的旋涡状结构。这很可能就是帕克探测器所捕捉到的奇异影像背后的原理。

帕克探测器预计将在2024年11月再次飞越金星,利用金星的引力弹弓,进一步降低其轨道近日点的高度。预计在2025年,其轨道的近日点将距离太阳表面约9.5个太阳半径。期待帕克探测器在未来的探索中能够带来更多惊人的发现。