新的結果揭示了在超高速塵埃撞擊之後，等離子體爆炸和碎片雲如何干擾航天器的運行。帕克太陽探測器航天器是美國宇航局研究太陽的最新和最雄心勃勃的努力，它已經打破了很多記錄：它比迄今為止的任何其他航天器更接近太陽，它的儀器在最熱的溫度下運行，而且該探測器是有史以來最快的人造物體。但是這些記錄是有代價的。航天器的移動速度如此之快，以至於碰到哪怕是一粒微小的灰塵都會導致嚴重的損害。
科羅拉多大學博爾德分校大氣和空間物理實驗室（LASP）和約翰霍普金斯大學應用物理實驗室（APL）的科學家們的新研究考察了帕克太陽探測器航天器和灰塵之間的碰撞。在LASP研究員、科羅拉多大學天體物理和行星科學系助理教授David Malaspina的領導下，該團隊利用帕克太陽探測器的電磁和光學觀測數據，製作了迄今為止最完整的關於超高速塵埃撞擊可能損害航天器並干擾其運行的圖片。
帕克太陽探測器以每秒180公里（約每小時40萬英里）的速度穿越近日空間，穿過黃道雲最密集的區域。黃道雲是一個厚厚的、薄餅狀的塵埃雲，延伸到整個太陽系，由小行星和彗星脫落的微小塵粒組成。當帕克太陽探測器駛過這一區域時，數以千計的微小（直徑約2至20微米，或不到人類頭髮寬度的四分之一）塵粒以超高速（速度超過每小時6700英里）撞擊航天器。撞擊后，構成塵粒和航天器表面的材料被加熱，以至於它首先被蒸發，然後被電離。電離是一個過程，汽化的材料中的原子被分離成其組成的離子和電子，產生一種叫做等離子體的物質狀態。迅速的汽化和電離產生了一個持續時間不到千分之一秒的等離子體爆炸。這些最大的撞擊也會產生碎片雲，慢慢地從航天器上擴散開來。
在新的研究中，Malaspina及其同事使用天線和磁場傳感器來測量由塵埃撞擊等離子體爆炸產生的對航天器周圍電磁環境的干擾（如圖）。這些發現可能會導致對太陽周圍空間天氣的新認識。例如，這些測量使研究小組能夠研究這些等離子體爆炸如何與太陽風互動，或太陽不斷產生的離子和電子流。
“通過這些測量，我們可以觀察到這些塵埃撞擊產生的等離子體被太陽風的流動所掃除。”馬拉斯皮納說。他補充說，學習這種”拾取”過程在小範圍內是如何運作的，可能有助於科學家更好地理解更大的等離子體區域，如金星和火星上層大氣中的等離子體，是如何被太陽風掃走的。
這些發現對帕克太陽探測器和之後的航天器的安全也有重大影響。
研究小組觀察到在與塵埃碰撞過程中被撞散的金屬片和油漆碎片是如何在航天器附近漂移和翻滾的，這些碎片在帕克太陽探測器上的導航和科學相機拍攝的圖像中產生了條紋。
研究報告的共同作者、APL的Kaushik Iyer說：”許多圖像條紋看起來是徑向的，起源於隔熱罩附近，”他指的是保護帕克太陽探測器不受太陽附近強烈熱量影響的大型隔熱罩。該研究還報告說，一些碎片將陽光散射到帕克太陽探測器的導航相機中，使航天器暫時無法確定它在空間的方向。這對於一個依靠精確指向其熱防護罩而生存的航天器來說，可能是一個危險的前景。
帕克太陽探測器於2018年發射，已經完成了九個完整的太陽軌道。在其主要任務於2025年結束之前，它將再完成15個軌道的觀測。
隨着帕克太陽探測器繼續其在太陽附近的探索之旅，它現在可以在其長長的清單上再增加一項紀錄：遇到最多微粒的航天器。
這項研究的結果將於2021年11月11日在賓夕法尼亞州匹茲堡舉行的APS等離子體物理學分部第63屆年會上公布。