□黑布林

我們曾在今年2月號的雜志上講過太陽耀斑的秘密，沒過幾個月，人類探測器真的要飛到太陽身邊去探秘了。11月1日，人類首個正式探訪恒星的人造物體——由美國約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室研制的“帕克”太陽探測器經(jīng)過漫長的跋涉，通過嚴酷的高溫和輻射考驗，第一次抵達距離太陽2480萬千米的近日點，開始對這個太陽系光和熱的制造者進行全方位觀測。最快在12月，人類將收到從太陽身邊發(fā)來的第一批信息。這是有史以來人類距離太陽最近的距離，此后，這個記錄將不斷由“帕克”探測器打破。到2025年6月24日，它將進入距離太陽表面僅616萬公里的熾熱太陽大氣層，探知到太陽深處的秘密。假設(shè)太陽和地球的距離是1米，到那時，“太陽觸摸者”與太陽表面的距離僅相當于4厘米！

最快的飛行器和最耐熱的“觸摸者”

轟隆隆隆……伴隨著巨大的轟鳴和沖天的火光，今年8月12日，北京時間下午15點31分，美國卡納維拉爾角空軍基地，碩大無比的“德爾塔四號”重型運載火箭搭載著高3米，重646千克的“帕克”太陽探測器奔向太空。飛行43分鐘后，“帕克”探測器順利進入前往太陽的軌道，開始了為期7年的太陽外層大氣探索之旅。

“帕克”太陽探測器飛近太陽時，其太陽能電池翼將收入防熱罩的陰影內(nèi)。

太陽距離地球約1.5億千米；太陽直徑約139.2萬千米，是地球直徑的109倍，體積約為地球的130萬倍，這還只是太陽內(nèi)部的光球?qū)哟笮?，不包括外部大得多的色球?qū)雍腿彰帷＿@個“光明中心”實在是太大、太遠了，要到它的身邊，只能加速、不斷加速。耗資15億美元、具備高度“智慧”的太陽探秘者，在通向太陽的遙遠旅程中以驚人的速度飛行，很快，達到每小時69萬千米的速度。放在地球表面，這個速度相當于從美國華盛頓出發(fā)，嗖……不到 1分鐘就抵達日本東京！“狂奔”到近日點后，“帕克”探測器每88天繞太陽一圈，最終飛行速度將達到每秒200千米，將成為世界上“移動速度最快的人造物體”。

“德爾塔四號”重型運載火箭搭載“帕克”太陽探測器升空。

我們都知道，太陽是個灼熱的大火球，它用核聚變的方式向太空釋放著光和熱，在最熱的日冕區(qū)，也就是“帕克”探測器將要24次穿越、探測的地方，溫度高達上百萬攝氏度，那里還有是地球風速上萬倍的太陽風暴形成的帶電粒子流。“帕克”要在這樣嚴酷的高溫和輻射環(huán)境中飛行、工作，不能不說是人類太空探索史上的一座里程碑。

那么，這位了不起的“觸摸者”是如何抵御太陽高溫的呢？要解答這個問題，首先需要分清“熱量”和“溫度”這兩個不同的概念。雖然日冕層內(nèi)溫度超過100萬攝氏度，但是其中的高溫等離子體的密度比較稀疏，探測器接受到的熱量是可控的。這有點像把手伸進烤箱，雖然烤箱內(nèi)部溫度高達一百多攝氏度，但是只要不接觸烤箱壁，手的溫度就不可能變成一百多攝氏度（這樣做很危險，同學們可千萬不要去嘗試哦）。

據(jù)計算，探測器進入日冕層后外表會被加熱到1400攝氏度左右，為此，科學家為帕克探測器配備了直徑2.3米、厚11.43厘米的碳復合材料保護罩，它能承受約1650攝氏度的溫度，探測器在其保護之下可保持約29攝氏度的涼爽。

而不得不在防熱罩之外運作的設(shè)備，研發(fā)團隊用鈦鋯鉬合金打造，熔點高達2349攝氏度；在會暴露在太陽強光下的太陽能電池上，也布置了高效率的冷卻系統(tǒng)；另外，防熱罩的陰影邊緣配備7個傳感器，自動校準探測器的路線和朝向，確保探測設(shè)備全程受到防熱罩的庇護。

整裝待發(fā)的“帕克”探測器，任務(wù)標識上寫著“A Mission to Touch the Sun（一項觸摸太陽的任務(wù)）”。

謎團將被解開

太陽可是人類生存的依靠，也是人類唯一能接近的恒星。由于太陽外層氣體的透明度極差，人類能夠直接觀測到的是太陽大氣層，從內(nèi)向外分為光球、色球和日冕三層。可是，由于不能抵近觀測，太陽仍有不少未解之謎。

這些謎團里，最主要的是日冕之謎和太陽風之謎。先說說日冕，日冕是太陽大氣層的外部，其溫度可以達到100萬至200萬攝氏度。這是個有違常識的奇特現(xiàn)象，人們總認為太陽的溫度來自核心，離太陽表面越遠時，溫度應該越低，但事實卻正好相反，太陽大氣層底部的光球?qū)訙囟戎挥写蠹s5500攝氏度。

困擾科學家的另一個謎團是太陽風。所謂太陽風就是從太陽上層大氣向整個太陽系不斷射出的超聲速等離子體帶電粒子流，它的時速可以達到每小時數(shù)百萬千米。當太陽風猛烈襲擊地球時，會產(chǎn)生美麗的極光，但同時也會干擾衛(wèi)星通信和導航系統(tǒng)。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時，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？

另外，了解太陽高能粒子加速行進的機制也是“帕克”的任務(wù)之一。太陽高能粒子產(chǎn)生于太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射，其速度可以達到光速的一半。它不僅會對人造衛(wèi)星的電子設(shè)備產(chǎn)生干擾和損害，其輻射還會危及宇航員的生命安全。據(jù)推測，在太陽風暴所產(chǎn)生的最危險粒子中，有許多是從日冕內(nèi)獲得能量，而這里正是“帕克”太陽探測器所處的地方。

“帕克”探測器攜帶了四組儀器，可測量電場、磁場，探測太陽風的成分，并拍攝日冕圖景。在此次歷險中，它將24次穿過日冕，而且飛得離太陽越來越近，對太陽進行近距離深入探測，其結(jié)果將解答眾多困擾科學家已久的疑問，預測影響地球的重大空間天氣事件，保護地球生命安全。

集中“火力”探測

“帕克”太陽探測器是目前最先進的太陽探測器，但人類探測太陽的腳步早已邁出，未來還有更宏偉的藍圖。

從1962年3月美國發(fā)射世界首顆太陽觀測衛(wèi)星——軌道太陽觀測臺一號以來，美國、歐洲、日本相繼發(fā)射了數(shù)十顆太陽觀測衛(wèi)星，太陽之謎被一點點揭開。

在已發(fā)射過的太陽探測器中，最著名的要算1990年升空的“尤利西斯”極區(qū)太陽探測器。它由美國與歐洲聯(lián)合研制，是人類首個有能力對太陽幾乎所有緯度進行觀測的探測器。2006年10月25日，美國發(fā)射了世界第一對“孿生”太陽觀測衛(wèi)星——“日地關(guān)系觀測臺”。它們?nèi)缤说碾p眼一樣“注視”太陽，首次為人類展示太陽黑子爆發(fā)時的全景三維圖像。2010年2月9日，美國“太陽動力學觀測臺”衛(wèi)星升空，其太陽圖像分辨率比以往的太陽觀測衛(wèi)星提高了10倍，能更準確、更及時地預測空間天氣。

明年，以歐洲航天局為主研制的“太陽軌道器”將發(fā)射，將在距太陽約4200萬千米的范圍內(nèi)活動，成為首個能直接為太陽兩極拍照的探測器。它將和“帕克”探測器協(xié)同工作，揭開太陽風的“廬山真面目”。同時，印度和俄羅斯也將發(fā)射新一代太陽觀測衛(wèi)星。

我國將在“十三五”期間發(fā)射“先進天基太陽天文臺”，它運行于太陽同步軌道，能同時觀測太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射。日食是因為月亮遮擋太陽而形成，是科學家觀測日冕的絕佳機會，但這樣的時機稍縱即逝。由日食的機制，中國科學院國家空間科學中心的科學家想到了深入地球的陰影里，去觀測太陽的特別辦法——“地掩天蝕”觀測設(shè)想：在距離地球約140萬公里處，太陽、地球、望遠鏡三者的相對位置保持不變，且地球能恰好完全遮擋太陽，在這個位置對日冕發(fā)出的光線進行觀測，揭開太陽的秘密。