新发现显示超高速粉尘对航天器的撞击会产生等离子体爆炸和碎片云

IT新视野 0

新的结果揭示了超高速尘埃撞击后等离子体爆炸和碎片云如何干扰航天器的运行。帕克太阳探测器宇宙飞船是美国宇航局最新和最雄心勃勃的研究太阳的努力。它打破了许多记录:它比迄今为止的任何其他航天器离太阳都近,它的仪器工作在最热的温度下,探测器是历史上速度最快的人造物体。但是这些唱片是有代价的。宇宙飞船的移动速度如此之快,即使是一个微小的尘埃颗粒也会造成严重的破坏。

新发现显示超高速粉尘对航天器的撞击会产生等离子体爆炸和碎片云-第1张图片-IT新视野

科罗拉多大学博尔德大学大气物理和空间物理实验室(LASP)和约翰霍普金斯大学应用物理实验室(APL)的新研究研究了帕克太阳探测器航天器与尘埃之间的碰撞。在LASP科罗拉多大学天体物理与行星科学系的研究员、助理教授David Malaspina的领导下,该小组利用帕克太阳探测器的电磁和光学观测数据,得出了迄今为止关于超高速尘埃撞击可能损坏航天器并干扰其运行的最完整图片。

帕克太阳探测器以每秒180公里(约40万英里/小时)的速度穿过近日点,并穿过黄道云密度最高的区域。黄道云是一种厚的、煎饼状的尘埃云,延伸到整个太阳系,由小行星和彗星散落的小尘埃粒子组成。当帕克太阳探测器经过这一区域时,数千个微小的尘埃粒子(直径约2至20微米,或不到人类头发宽度的四分之一)以超高速(超过6700英里/小时)撞击航天器。撞击后,构成尘埃粒子和航天器表面的材料被加热,使其首先蒸发,然后电离。电离是一个过程,在这个过程中,蒸发物质中的原子被分离成它们的组成离子和电子,从而产生一种称为等离子体的物质状态。快速蒸发和电离产生了持续不到千分之一秒的等离子体爆炸。这些最大的撞击也会产生碎片云,这些碎片云会慢慢从航天器上扩散开来。

在这项新的研究中,Malaspina和她的同事使用天线和磁场传感器测量尘埃冲击等离子体爆炸对航天器周围电磁环境的干扰(如图所示)。这些发现可能导致对太阳周围空间天气的新认识。例如,这些测量使研究小组能够研究这些等离子体爆炸如何与太阳风或太阳产生的离子和电子的连续流动相互作用。

“通过这些测量,我们可以观察到这些尘埃撞击产生的等离子体被太阳风吹走,”马拉斯皮纳说。他补充说,了解这种小规模的“拾取”过程如何工作,可能有助于科学家更好地了解更大的等离子体区域,如金星和火星高层大气中的等离子体,是如何被太阳风卷走的。

这些发现对帕克太阳探测器和后续航天器的安全也有重大影响。

研究小组观察了金属和油漆碎片在与尘埃碰撞时如何在航天器周围漂移和滚动。这些碎片在帕克太阳探测器上的导航和科学相机拍摄的图像中产生了条纹。

该研究报告的合著者、APL的Kaushik Iyer说:“许多图像条纹看起来是径向的,起源于隔热板附近。”他指的是保护Parker太阳探测器免受太阳附近强热影响的大型隔热板。这项研究还报告说,一些碎片将阳光散射到帕克太阳探测器的导航摄像机中,使航天器暂时无法确定其在太空中的方向。这可能是一个危险的前景,为航天器生存,准确地指向其热屏蔽。

帕克太阳探测器于2018年发射,已经完成了九次完整的太阳轨道。在2025年其主要任务结束之前,它将完成另外15个轨道。

随着帕克太阳探测器继续绕太阳运行,它现在可以在其长长的记录中再添一项:遇到最多粒子的航天器。

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等离子体物理部第63届年会上公布。

抱歉,评论功能暂时关闭!