武穴籍天文学家刘煜:人类探测器以极限距离“触摸太阳”

2024年12月25日,科技刊物《封面新闻》发表署名文章,专访西南交通大学天体物理中心学者刘煜,主题是:与太阳亲密接触的极限距离是多少?刘煜教授告诉我们:目前的答案是610万公里。因为12月24日,人类探测器“帕克”到达距离太阳最近的位置,这也是人类历史上第一次有物体如此之近地接触太阳。


610万公里的距离,“已经算是很接触太阳‘皮肤’了。”“如果把帕克当成一个温度计、太阳当成一个发烧病人脑袋的话,这个温度计距离他皮肤的尺度只有4个脑袋的距离。而地球距离太阳有109个脑袋那么远。”博士生导师刘煜做了一个形象的比喻。

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这次飞越太阳的历史性时刻,将为人类带来更深刻的对太阳奥秘的理解,为未来太空探索和月球任务提供宝贵的科学数据。据报道,12月24日之后,帕克太阳探测器将以每秒191公里的速度飞行,经过几天时间远离太阳的干扰辐射,然后开始将数据传回地球。

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此次专访,刘煜告诉我们:“过去,我们成功在月球、火星、金星等天体上实现了飞跃或着陆,但从未在恒星上实现。帕克探测器首次‘触摸’到了恒星,这标志着人类在科技、工程和探索上的巨大突破,也为解决太阳活动问题、灾害性空间天气预警提供了全新的视角。”
在接近太阳的过程中,帕克面临的是几千到上百万摄氏度的高温、辐射,以及与地球“失联”。为了避免帕克被太阳烧掉,科学家们给它“穿上”了一件直径约2.4米、厚度达11.4厘米的“外衣”。这种创新性的热防护系统(TPS),以碳复合材料制造,可以承受超过1400摄氏度的高温。“1400度接近铁的熔点,足以熔化大部分金属,对大多数材料构成威胁。”刘煜介绍,但是这种碳复合材料“耐高温,密度小,是目前所知唯一一种到2500℃强度不降低的材料。它最大的特点是强度随温度的升高不降反升。在碳复合材料外还有一层白色氧化铝薄膜,能够反射掉大部分太阳辐射,少数透过的辐射由碳复合材料吸收。”

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▲ 人类探测器

如果要与地球通讯,则需要运行到远日端。在日冕中进行科学探测时,帕克只能向地球发出“我很好,还在工作”这样非常有限的信息,也听不到地面对它的指令。很多时候,它都只能孤身一人承受着来自太阳的炙热辐射,“探索恒星的路还长,只一颗距离我们最近的太阳尚有太多问题未解决,如太阳磁场的起源、太阳活动的起源、日冕加热问题等,更别说太阳系外无数的恒星、巨星、矮星,还有双星系统、三星系统等等。”听到帕克探测器“触摸太阳”的消息后,太阳物理学界是兴奋的,“这次抵达610万公里的距离尺度,是人类探测器距离太阳表面最近的一瞬间,值得庆贺。不过仍然还是太远,不过瘾,希望以后中国探测器能到100万公里以内那就是更大的突破了。”刘煜很是激动,“这需要进一步提高多个关键技术,如轻质耐高温材料的研究、深空数据传输技术等。

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刘煜,武穴中学1992届毕业生,先后于北京师范大学获得天文学学士学位与天体物理硕士学位,2002年于中国科学院国家天文台获得博士学位,2003-2005年在日本京都大学开展太阳爆发活动研究,2005-2008年在美国夏威夷大学开展日冕磁场测量研究,2008-2022年在中国科学院云南天文台先后担任抚仙湖太阳观测基地主任科学家、选址与日冕观测团组负责人,2022年中期调入西南交通大学物理科学与技术学院担任博士生导师并继续推进我国稻城天文大科学集群建设。

主要研究领域是天体物理与天文大科学装置。目前团队正开展日冕观测与爆发活动研究,运行有丽江日冕观测站和稻城联合天文台,努力发展下一代大型日冕仪,解决天体物理中关键科学问题。同时积极推进川西稻城高海拔国际一流台址建设,参与临近空间与太阳抵近探测等前沿领域合作研究。多次荣获省部级自然科学奖项。入选国家高层次科技创新领军人才、中国科学院海外引进杰出人才、四川省和云南省科技创新领军人才等称号。主持国家自然科学基金、省部级科研项目30余项,发表了学术论文百余篇,多篇已成为本领域一流高引用论文。

信息来源:封面新闻 通讯员:帅又龙


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