"觸摸太陽"瘋狂計劃背後,是60年前無人理解絕境求生
2018年08月17日10:23

  來源:SME科技故事

  還有什麼比親眼看著以自己命名的航天器發射升空更過癮?

  尤金・帕克(Eugene Parker),正是史上第一人。

發射現場
發射現場

  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重型火箭順利發射升空。

  已91歲高壽的帕克本人親臨現場,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・帕克老爺爺在現場
尤金・帕克老爺爺在現場

  此外,這將是人類文明最接近太陽的一次,堪稱史詩級任務。

  “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,這隻相當於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年代關於太陽系的錯誤猜想。

  當然,扭轉守舊的觀念並不簡單。

  帕克當年那篇開創性論文可是經曆了不少波折。

  被直接拒稿,差點連發表的機會都沒有。

  1927年,尤金・帕克(Eugene Newman Parker)出生於美國密歇根州。

  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律的學科。

  在獲得博士學位的幾年後,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腳,年輕的帕克就遇上了人生第一個難題:

  是遵循自己的內心,還是“精明”地附和上司以圖平步青雲?

  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模磁暴事件之一。

  那天兩位英國業餘天文學家理查德・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,白色耀斑出現在A、B位置,5分鍾後移動到C、D處消失
理查德・卡琳頓勾勒出來的太陽黑子,白色耀斑出現在A、B位置,5分鍾後移動到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範圍。

  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陷入癱瘓。

  這天夜裡,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導
當年卡林頓事件的報導

  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,會有什麼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。

  然而並沒有人知道,太陽究竟是以什麼方式影響地球的。

  更多的,只是把太陽的異常運動與地球磁暴現像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期那樣指向經過的路線,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,太陽一定是還發出了某種“微粒輻射”的物質流,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始人,還曾是“曼哈頓計劃”的團隊領導。

  獲得這樣的支援者,比爾曼關於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

  但無論比爾曼怎麼解釋,辛普森教授始終都無法接受這個古怪的想法。

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

  而它們兩者之間差異,只在規模上。

  太陽大氣的範圍極其寬廣,能將地球等行星統統收入囊中。

  換句話說就是,靜止的太陽大氣並不可能向外釋放物質,更不會將彗尾吹歪。

  當然,比爾曼也確實無法解釋,這種物質流究竟是如何產生,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。

  但結果,卻讓這位德高望重的教授無比失望。

  尤金・帕克拿到資料後,便回去日夜鑽研。

  他越看就覺得越不對勁,明明比爾曼是對的。

  結果,帕克反而“叛變”成了這個“歪理邪說”的第一支援者。

  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,也是世界上最權威的專家。

  而他,還是毅然選擇了遵循自己的內心。

  此外,經過幾個月的研究,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
日全食可觀察到的日冕形態

  在帕克的模型里,日冕的超高溫會讓粒子衝破太陽的引力束縛。

  而隨著日心距離的增加,日冕中釋放出來的物質也會被加速至超音速態。

  到地球附近時,這個速度就已經達到數百公里每秒了。

  而這種高速粒子流,會與地球磁場發生作用,甚至會引起地球磁暴現象。

  對於這種從太陽向外釋放的帶電粒子流,帕克也創造性地將其稱為“太陽風”。

  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。

  他對帕克下了最後通牒。

  你的論文要發表可以,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!

  在這之後,帕克就踏上了發論文的艱辛之路。

  那時,他還是個剛踏入學術圈的毛頭小子。

  現在又跟上司鬧翻,自然不可能獲得其他大牛的推薦。

  更重要的是,他提出的這個開創性理論,將挑戰整個物理界的權威。

  所以毫無懸念地,沒有一家學術期刊願意接受他的論文。

  儘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”。

  帕克可嚥不下這口氣,“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。

  在他手裡,能否發論文只是點頭與搖頭的區別。

  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,他卻彷彿看到了自己的過去。

  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容,但他絕對不允許悲劇再次發生。

  所以,身為主編他決定給帕克一次機會,捍衛每一個不受待見的理論。

  1958年,帕克的開創性論文才有機會公諸於世。

  雖然帕克的論文在學術界激不起一絲水花,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。

  得益於美蘇冷戰時期的太空競賽,各種新式的衛星被打造出來,能探索到更深更遠的太空。

  就在論文正式發表的一年後,蘇聯的Luna 1就在太空中探測到持續的太陽風粒子。

  雖然沒有測到粒子流的速度,但也算是個好開端。

  在這之後,隨著探測衛星的不斷深入,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言:太陽大氣是動態的,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,各種獎項緊跟其後。

  現在人類的有關太陽的研究成果,都與他的貢獻密切相關。

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

NASA的STEREO任務捕捉到的太陽風
NASA的STEREO任務捕捉到的太陽風

  當然,帕克的理論只算拋磚引玉,關於太陽還有許多謎題尚未有定論。

  例如,為什麼外部的日冕的溫度(200萬℃)會比內部光球層(5500℃)熱那麼多?

  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的?

  這些都是困擾了科學家數十年的難題,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。

  帕克項目已經醞釀了近60年,隨著相關技術的成熟才得以成型。

  其中最重要的一項,自然是隔熱技術。

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構,兩層碳-碳復合材料夾著一層11.4釐米厚的碳泡沫。

  而最外層則是白色的陶瓷塗層,可以反射絕大多數來自太陽的熱。

  可不能小瞧這薄薄一層隔熱罩。

  雖然面對的是1370℃的高溫,但躲在隔熱罩後面的探測器溫度只有29℃。

  這項探測計劃預計結束時間為2025年6月。

  在7年任務中,探測器的目標設定在穿越日冕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。

  現在,帕克已經見證了以自己名字命名的太陽探測器發射。

  祝願帕克爺爺健康長壽,在未來與全人類共同見證太陽的謎底!

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