美国物理学会
对电场、磁场和相机图像的测量揭示了非常高速的尘埃撞击帕克太阳探测器时产生的等离子爆炸和碎片云
通过观察这些小等离子体和碎片云的扩散，科学家可以了解更大的尘埃和碎片云是如何从恒星上吹走的
信用:美国宇航局 美国宇航局最新、最雄心勃勃的太阳研究项目“帕克太阳探测器”打破了许多记录:它比迄今为止任何其他航天器都更接近太阳，其仪器在最热的温度下运行，探测器是有史以来最快的人造物体
但是这些记录是有代价的:宇宙飞船移动如此之快，以至于撞上哪怕是一粒微小的尘埃都会导致严重的损害
科罗拉多大学博尔德分校大气和空间物理实验室(LASP)和约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(APL)的科学家们的新研究调查了帕克太阳探测器宇宙飞船和尘埃之间的碰撞
在LASP大学研究员、科罗拉多大学天体物理学和行星科学系助理教授大卫·马拉斯皮纳的带领下，该团队利用帕克太阳探测器的电磁和光学观测，得出了迄今为止关于超高速尘埃撞击如何破坏航天器并干扰其运行的最完整的图像
帕克太阳探测器以每秒180公里(约每小时40万英里)的速度穿越近太阳空间，穿越黄道带云最密集的区域
黄道带云是一种厚厚的煎饼状尘埃云，遍布太阳系，由小行星和彗星脱落的微小尘埃颗粒组成
当帕克太阳探测器穿过这个区域时，数以千计的微小(直径约2至20微米，不到人类头发宽度的四分之一)尘埃颗粒以超高速(超过每小时6700英里)撞击航天器
撞击时，构成尘埃颗粒和航天器表面的物质被加热到首先蒸发，然后电离的程度
电离是蒸发物质中的原子被分离成其组成离子和电子的过程，产生一种物质状态，称为等离子体
快速蒸发和电离产生的等离子体爆炸持续时间不到千分之一秒
这些撞击中最大的一次还会产生碎片云，这些碎片云会从航天器上慢慢膨胀开来
在新的研究中，马拉斯皮纳和他的同事使用天线和磁场传感器来测量尘埃撞击等离子体爆炸对航天器周围电磁环境的干扰(图1)
这些发现可能会带来对太阳周围空间天气的新见解
例如，这些测量使研究小组能够研究这些等离子体爆炸是如何与太阳风相互作用的，或者是与太阳持续产生的离子和电子流相互作用的
“通过这些测量，我们可以看到这些尘埃撞击产生的等离子体被太阳风流卷走
”马拉斯皮纳说
他补充说，了解这种“拾取”过程在小范围内是如何工作的，可能有助于科学家更好地理解更大的等离子体区域是如何被太阳风卷走的，比如金星和火星的高层大气中的等离子体区域
这些发现也对帕克太阳能探测器和随后的航天器的安全有重大影响
研究小组观察了金属薄片和油漆碎片在与尘埃碰撞时是如何在航天器附近漂移和翻滚的
这些碎片在帕克太阳探测器上导航和科学相机拍摄的图像中形成条纹
“许多图像条纹看起来是放射状的，起源于隔热板附近，”该研究的合著者、APL的Kaushik Iyer说，他指的是保护帕克太阳探测器免受太阳附近高温影响的大隔热板
该研究还报告称，一些碎片将阳光散射到帕克太阳能探测器的导航摄像头中，暂时阻止了航天器确定其在太空中的方向
对于一个依靠隔热板精确定位来生存的航天器来说，这可能是一个危险的前景
帕克太阳探测器于2018年发射，已经完成了9个完整的太阳轨道
在其主要任务于2025年结束之前，它将完成另外15个轨道
随着帕克太阳探测器继续其在太阳附近的探索之旅，它现在可以在其长长的名单上再增加一项记录:大多数被沙子炸开的航天器
这项研究的结果将于2021年11月11日在宾夕法尼亚州匹兹堡举行的APS等离子体物理分部第63届年会上公布
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