龐之浩

我們當然感謝太陽，它提供了一切能量，讓人類存在。但同時，我們也敬畏太陽，它偶爾的爆發(fā)，可能毀滅一切。太陽風暴來臨的時候，雖然有地球磁場和大氣層的保護，絕大多數(shù)情況，太陽風能被拒之門外，但總有萬一發(fā)生。比如1859年9月，那一天，據(jù)說北半球的絕大部分地區(qū)都能看到極光，包括中國。那一天高能粒子風暴讓整個歐洲和北美的電報系統(tǒng)全部癱瘓。如今，如果再有類似強度的太陽風暴來襲，后果不堪設想。

敬畏和恐懼源于未知，我們必須更加了解太陽。2018年8月12日，美國卡納維拉爾角，“德爾塔”4重型火箭攜帶一個注定載入史冊的探測器升空?！芭量颂柼綔y器”（Parker Solar Probe）將“觸及太陽”，讓人類能夠以最近的距離接近太陽，在嚴酷的高溫和輻射條件首次穿過太陽大氣層日冕，是第一次正式探訪恒星的人造物體，能首次對太陽進行全方位探測，嗅到、嘗到太陽的味道，所獲數(shù)據(jù)有望“完全顛覆”以往對太陽的認知。

追星易 逐日難

近些年，國外發(fā)射了不少太陽觀測衛(wèi)星，分別用于研究太陽耀斑;拍攝太陽黑子爆發(fā)時的全景三維圖像;觀察太陽磁場、噴發(fā)的等離子體等。與太陽觀測衛(wèi)星相比，太陽探測器要在距離太陽更近的地方探測太陽，所以能采集更多、更有科研價值的太陽數(shù)據(jù)。不過，一切事物都是一分為二的。

正因為太陽探測器要飛到距離太陽比較近的地方進行探測，所以其研制和運行難度都比太陽觀測衛(wèi)星大許多，尤其對其防熱措施、軌道設計等要求更高。

“帕克太陽探測器”注定將經(jīng)歷一次“酷熱之旅”。它將工作在太陽大氣深處，在那里可以采集太陽風以及磁場的一手樣本。預計在2018～2025年期間，它將在0.25個AU（AU是太陽到地球的平均距離，即一個天文單位，約1.5億千米）范圍內(nèi)繞行太陽24圈，為此，它將承受高達1400℃的熾熱以及太陽輻射的考驗，其抗輻射水平需是前所未有的。當該探測器以最近距離接近太陽時，它面臨的太陽強度是地球軌道上航天器所經(jīng)受強度的500倍。

為此，“帕克太陽探測器”必須有一個超強隔熱的金鐘罩。科學家們研制了一個直徑2.4米、12厘米厚、重73千克的碳復合材料防熱罩（TPS）。它像一塊三明治，兩塊碳纖維合成板夾著11.5厘米厚的輕型碳泡沫芯組成，可承受1650℃高溫，幾乎可保障所有儀器的安全。

防熱罩裝在“帕克太陽探測器”頂部，像把遮陽傘。其向太陽的一面被噴上特制的白色涂層，以盡可能地反射太陽的能量，為探測器的其余部分創(chuàng)造更溫和的陰影。探測器一刻不停地在運動，如何能保持防熱罩始終朝向太陽？這就用到了相對慣性空間始終定向的三軸穩(wěn)定陀螺。如果探測器整體一直處于防熱罩的陰影中，其溫度可保持在約29℃。

隨之而來的，還有一項新挑戰(zhàn)。我們都知道，衛(wèi)星、探測器等能量來源主要依靠太陽能帆板接收太陽能。那么金鐘罩要不要把太陽能帆板罩起來呢？當然不能全部罩起來了，不然設備運轉(zhuǎn)的電從哪來的？但伸出去，會不會被烤化？在線等，挺急的。

“帕克”其兩個太陽電池翼，都是可收縮擴展的，并裝有冷卻系統(tǒng)。在每次接近太陽的過程中，當陽光過強時，太陽能電池翼都收縮到防熱罩之內(nèi)，僅有一小部分暴露在強烈陽光下，這部分依靠;令卻系統(tǒng)來獲得持久的電力供應。冷卻系統(tǒng)由加熱水箱、熱管、散熱器和去離子水（冷卻液）、冷卻液的循環(huán)泵等組成。加熱水箱用于保證冷卻液在發(fā)射過程中不被凍結(jié);熱管可把被加熱的去離子水導入散熱器，4個采用鈦管制造的散熱器上面的鋁鰭只有0.5毫米厚，可把多余的熱量擴散到太空中;冷卻液是約3.7升的水。探測器要穿過冰冷的太空，極短時間內(nèi)完成從冷到熱的過度，很多冷卻液不能在溫度跨度如此之大的情況下正常工作，所以選擇了水。它們起到冷卻太陽電池翼的作用。由于去離子水被加壓，所以其沸點超過125℃。

“帕克太陽參測器”還具有自我保護功能。它裝有多個手機一半大小的傳感器，分布在防熱罩陰影的邊緣。如果任何一個傳感器感知到陽光，便會提醒中央電腦，“帕克太陽探測器”隨即調(diào)整方位，確保傳感器及其他儀器的安全。

首次穿日冕

到目前為止，對太陽的觀測還要在距其很遠的地方進行記錄，而“帕克太陽探測器”將可以足夠接近太陽。它是美國航空航天局“與日共存”項目的一部分，旨在認識太陽和地球空間環(huán)境，一該系統(tǒng)將直接影響人類生命和人類社會。它將比以往任何人造物體都更接近太陽表面，第一次飛入太陽外層大氣層日冕所在軌道上。這是第一次正式探訪恒星的地球航天器，在發(fā)射之后大約6.5年后到達距離太陽9.5倍太陽半徑處（太陽半徑約70萬千米）對太陽進行全方位探測，獲取日冕、太陽風等方面的最翔實信息，采集有關(guān)太陽的一手樣本。

目前，距離太陽最近的探測器紀錄由20世紀70年代發(fā)射的“太陽神”2號探測器保持，距太陽約4343萬千米?！芭量颂柼綔y器”將以前所未有的距離靠近太陽——距離太陽表面約600萬千米，相比先前距太陽最近的探測器還要近7倍，直接進入太陽大氣層，能更加清晰地看見太陽風速度從原來的亞音速達到超聲速的過程，同時飛過高能太陽粒子的發(fā)源地。它88天繞太陽一圈，飛行速度達到200千米/秒，成為世界上最快速度的人造物體。此前飛行速度紀錄也是“太陽神”2號保持的，在1976年4月17日，它以70千米/秒的速度繞著太陽行駛。

進入太陽日冕，能夠追蹤能量和熱量如何通過太陽日冕，探索加速太陽風和太陽能粒子的作用。其觀測記錄能回答一些長期以來困擾著天文學家的難題，有助于揭示太陽的運行機制，了解太陽與行星、地球的關(guān)系，提高人類預測太空天氣的能力，改善會影響地球生命的主要天氣事件，以及協(xié)助太空衛(wèi)星和航天員的觀測。

由于要如此近距離的接觸太陽，所以這枚探測器的技術(shù)含量相當高，造價15億美金。人們期待飛越日冕之旅，至少能夠解答三個問題：為什么太陽表面（光球?qū)樱┑臏囟缺忍柕拇髿鈱樱ㄈ彰幔┑臏囟鹊湍敲炊?弄清楚影響地球和太陽系的太陽風（太陽向外發(fā)出的物質(zhì)流）是如何形成的，怎樣獲得速度;弄清楚為什么太陽有時候會釋放出高能粒子。

發(fā)射后，“帕克太陽探測器”不會立即飛往太陽而是駛向金星的方向，因為金星的引力作用會改變它的速度和軌道。在約7年的時間里，它將利用7次金星借力逐漸縮小環(huán)繞太陽的橢圓軌道，每次相遇都會利用金星的引力使探測器的飛行軌道變得更小、速度變得更快，即輕微改變探測器軌道，讓飛行路線彎曲，以使其軌道能越來越深地深入到太陽的大氣層內(nèi)。

到了最后離太陽最近的時候，探測器將會成為人類歷史上最快的飛行器。最后將到達距離太陽600萬干米處。其最終軌道為近日點600萬千米、遠日點11000萬千米的橢圓軌道，相對于黃道面的軌道傾角為3.4°，軌道周期為88天。

完成人類首次“觸摸太陽”的夢想后，最終在2025年6月以超過每小時72萬千米的高速沖入太陽焚毀。

太陽的秘密

我們知道太陽大氣從里向外分為光球?qū)?、色球?qū)印⑦^渡區(qū)和日冕。光球?qū)訙囟却蠹s為6000℃，而日冕的溫度可以達到100萬℃-200萬℃。外層反而溫度更高？這一奇特現(xiàn)象困擾了科學家多年。太陽外部大氣層——也即日冕的溫度，比太陽表面溫度還要高上數(shù)百倍。這一反常的現(xiàn)象意味著什么，科學家至今仍未找到合理的解釋。這就是所謂“日冕之謎”。困擾科學家的另一個謎團是太陽風。所謂太陽風就是太陽向整個太陽系噴射出熾熱的帶電粒子風。然而令人驚奇的是，在靠近太陽表面的地方，卻并沒有任何明顯的強風存在，但當太陽風抵達太陽系行星肘，卻變成了真正的“狂風”，是地球風速的上萬倍。那么在太陽和行星之間究竟是什么因素使得太陽風有那么高的速度呢？

Tips

你的名字

“帕克太陽探測器”，也就是原計劃的“太陽探測器+”，于2017年5月31日改名為“帕克太陽探測器”。

美國芝加哥大學教授尤金紐曼帕克生于1927年，是太陽風科學的先驅(qū)。他在1958年就預言了太陽風的存在并提出了相關(guān)理論，這項預測幾年后便通過太陽探測器所獲資料的證實。帕克于1967年當選為美國國家科學院院士。這是美國航空航天局第一次以健在人物命名航天器，可見帕克的偉大。

“帕克太陽探測器”上還放置了一枚存儲卡。上面有113萬多參與公眾的名字，它將隨著探測器一同送至離太陽最近的地方。

責任編輯：武瑾媛

91歲高齡的尤盒·帕克教授在發(fā)射現(xiàn)場。

今年5月18日，一塊紀念尤金·帕克的銘牌安裝到了“帕克太陽探測器”上。銘牌上寫了這么一段話：“帕克太陽探測器的任務要獻給專注于研究太陽和太陽風的尤金·帕克博士，他的貢獻徹底改變了我們對太陽和太陽風的理解，讓我們看看未來會發(fā)生什么Gene Parke r1 2017年7月。”