蓝宝石来自地壳内的炽热岩浆,随着岩浆上升和火山喷发到达地表,岩浆冷却后蓝宝石被凝固在岩石中,这就是蓝宝石的原生矿(primary deposit)。而随着亿万年的地质变化和风化雨淋,这些含有蓝宝石的岩石支离破碎,坚固的蓝宝石,得以重见天日,随着河流的冲刷散步到原生矿下游的广大地区,再经过不知多少年的沉积,混杂在砂石中的蓝宝石沉积在河床下,被称为次生矿(secondary deposit),.
斯里兰卡的蓝宝石矿主要就是次生矿开采。
蓝宝石产在正长岩体与富镁碳酸盐岩内接融变质带中的硅酸盐矽卡岩中,主要是富铝的正长岩体上侵过程中交代富镁碳酸岩时熔离出来的三氧化二铝,并从围岩中带入微量铁和钛元素,从而形成蓝宝石。
当然,泰国的尖竹汶蓝宝石矿床与之形成相同,形成的矿床会在辉石正长岩与云白质大理岩的接触带上,跟尖晶石等矿物共生。
而像坦桑尼亚以及俄罗斯乌拉尔地区的蓝宝石就属于蚀变超基性岩型,也被称为是热液型。
成矿作用与花岗岩侵入活动有关。刚玉类宝石(红宝石和蓝宝石)产于有云母和斜长石组成的脉体内。该脉体产在强烈蚀变的蛇纹石化和角闪石化的超基性岩中,蓝宝石是伟晶岩阶段气成热液交代长石的产物。
现代夸父,一头扎进太阳,为何帕克太阳探测器没被融化?
答:帕克太阳探测器使用一些技巧,隔离了来自太阳的热量,虽然帕克探测器正对太阳的一面温度很高,但是吸收到的能量并不高。
NASA在2018年8月发射的帕克太阳探测器,是人类最接近太阳的探测器,预计2019年4月4日再次接近太阳时,最近距离只有2400万公里(太阳直径140万公里),
太阳表面温度高达5500℃,太阳活动激起的日冕,温度更是高达100万度,日冕能到达太阳表面几百万公里的高度,所以帕克太阳探测器在近日点时,几乎就是横掠过日冕,为了不让探测器被高温摧毁,研究人员需要采取一些特殊措施。
帕克太阳探测器所处环境,宇宙空间中粒子密度非常低,比如日冕的粒子密度大约是每立方米10^15个,只有空气的100亿分之一,即便温度很高,低密度粒子在单位时间内传递给探测器的热量是很少的,探测器外壳温度上升并不快,只要及时移走热量,就能保证外壳温度在一定范围内。
就好比在烧柴火时,火焰温度高达500~600摄氏度,我们用手掠过火焰一点没事,但是我们把手伸入100摄氏度的水中时,哪怕时间再短也会被烫伤,这是因为水中的粒子密度远远高于空气,热量传递非常快。
科学家在设计探测器时,也利用了一些巧妙措施,隔离来自太阳的热量。
措施一:特殊的隔热罩帕克太阳探测器拥有碳复合外衣,表面可以承受1400℃的高温辐射,这也是探测器在穿过100万度的日冕时,所能达到的最高温度;然后内部加上碳复合泡沫,可以把外层高温进行隔离,使得航天器主设备处于30℃的条件下。
措施二:特殊合金在帕克太阳探测器上,有两个设备不受隔热罩保护,一个是探测太阳能的法拉第杯,另外一个是测量带电粒子通量和速度的传感器。
其中法拉第杯就由钛-锆-钼合金制成,本身熔点为2349摄氏度,然后还有一个产生电场保护法拉第杯的栅格由金属钨制成,熔点高达3422℃。
措施三:铌制电线由于担心主设备的线缆因高温融化,研究人员使用蓝宝石水晶管来悬挂布线,内部导线用金属铌制成,铌是一种非常稳定的金属材料,熔点高达2468摄氏度。
措施四:姿态调整太阳能板能给探测器提供足够的能源,在每次接近近日点时,探测器会精确控制太阳能板,使之收缩到隔热罩后面,只留下一小部分暴露在太阳辐射之下。
而且太阳能板有着强大的液冷散热系统,使得太阳能板处于10℃~125℃之间,这是太阳能板能承受的范围。
为了保证探测器姿态始终和太阳同步,在探测器的特殊位置均布有传感器,一旦传感器感应到太阳光,中央处理器就会计算自身和太阳的相对位置,然后及时修正姿态,使所有主设备始终处于隔热罩的保护之下。
在探测器发射前,科学家就在实验室制造了和太阳附近相似的环境,以检查探测器各个方向上承受的温度;帕克太阳探测器的主要任务,是探测太阳风、太阳磁场、太阳高能粒子,以及日冕结构成像等等。
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NASA的帕克太阳探测器在2018年8月12日从弗罗里达州成功发射,它靠近太阳时的最快速度达到70公里每秒这打破了人造物体飞行记录,同时它距离太阳最近的时候仅千万公里左右。
我们都知道太阳内部进行着核聚变不断的在释放能量,太阳表面温度可以达到6000摄氏度,而太阳大气最外层日冕的温度可以达到上百万摄氏度,而帕克太阳探测器所处的位置就是日冕层它是如何防止被融化的?人类目前已知熔点最高的物质就是“五碳化四钽铪”(Ta4HfC5),熔点超过4000摄氏度,但实际上帕克太阳探测器虽然处于上百万摄氏度的高温中但是“体感”温度却仅仅是一千多摄氏度。其实温度和热量完全是两种概念。
日冕层的物质密度非常低,导热的粒子非常少,NASA计算的结果显示探测器进入日冕层后,面向太阳的一侧仅会被加热到1400摄氏度左右,对航天器的影响没有想象中的那么大,这就像是100摄氏度的水蒸气和100摄氏度的水人接收到的热量是不一样的;
帕克探测器在面向太阳的一侧装有防热罩,厚度达11.4cm。由轻质的碳复合泡沫制作而成,表面涂着白色陶瓷涂料,尽可能地反射太阳光。实际上帕克太阳探测器内部的工作温度大约会维持在30摄氏度左右;
特殊设备采用熔点极高的合金制成;
探测器外部安装多个敏感的探测器,时刻进行反馈与自我姿态纠正,让大多数的设备都“藏”在防热罩后边。
以上就是帕克太阳探测器不惧怕日冕层上百万摄氏度高温的原因了。
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