“帕克”逐日，史上最接近太陽的航天器

鄭永春，博士，中國科學院國家天文臺研究員，中國科普作家協會副理事長，青年科學家社會責任聯盟理事長，“科普中國”形象大使。

人類航天器已經抵達了月球、火星，甚至是十分遙遠的冥王星，但可以近距離探測太陽嗎？當然可以。2018年8月12日，“帕克”太陽探測器發射升空，奔赴太陽，將開展為期7年的太陽觀測。

“帕克”太陽探測器最初的名稱為“太陽探測器+”，201 7年被以天文學家尤金·帕克（Eugene N.Parker）的名字命名。尤金·帕克是美國芝加哥大學天文與天體物理系教授。20世紀50年代，他提出了恒星能量釋放機制理論，用來解釋太陽的能量釋放。他預言了太陽風的存在，在他之前，科學界認為地球到太陽之間是徹底的真空。帕克還建立了構成太陽風的等離子體、磁場和高能粒子的復雜系統。太陽上的日冕的溫度，反而比太陽表面更熱，這與根據物理定律的預計正好相反，帕克對日冕過熱的原因提出了理論解釋。這是美國國家航空航天局首次以健在科學家命名航天器，是對帕克的卓越研究的褒獎。

探測太陽的勇士

太陽，是太陽系唯一的恒星，也是我們的太陽系中唯一的、絕對的主宰。它以巨大的質量、難以抗衡的引力，成為了太陽系絕對的王者，牢牢地束縛太陽系內的所有天體，讓它們都乖乖地繞著它轉。

幾十億年來，太陽“熱”情不減。巨量的氫和氦——這2種宇宙中最主要的元素——在太陽內部進行著劇烈的核聚變反應，釋放出巨大的熱量，膨脹的氣體構成了這太陽系王者的身體。在高速旋轉中，太陽發出耀眼的光芒。地球歷史上出現過的無數物種，想必一出世，就會被它的光芒震撼和折服。

“帕克”將在距太陽表面640萬千米的范圍內，直面太陽巨大的熱量和輻射，成為史上最靠近太陽的航天器。然而，“帕克”并不是第1個太陽探測器。

1974年12月發射的“赫利俄斯1號”探測器，與太陽的距離小于4700萬千米。

1976年4月發射的“赫利俄斯2號”探測器，與太陽的距離小于4400萬千米。

1990年10月，“尤利西斯號”太陽探測器通過航天飛機發射升空。這顆由歐洲和美國聯合研制的探測器，探測了太陽磁場、日珥和日冕物質拋射。1994年，尤利西斯號飛越太陽的南極，1995年飛越太陽的北極。2001年12月，尤利西斯號完成第2次繞太陽飛行。

2004年8月發射的“信使號”水星探測器，與太陽的距離約為5 800萬千米。

只為探測日冕和太陽風

遇到日食，如果運氣好的話，當太陽最亮的部分被月亮的影子遮擋之后，戴上日食觀測鏡——采用專業的減光片或減光膜，你就可以觀測到位于太陽外層的日冕層了。切記，千萬不要直視太陽！

太陽核心區的溫度可達1000萬～2250萬攝氏度；太陽表面（光球層）溫度約為5 500攝氏度；太陽外層大氣（日冕層）的溫度可達150萬～200萬攝氏度。日冕為什么這么熱呢？這是“帕克”要回答的第1個問題。“帕克”將首次飛入太陽的大氣層（或日冕），開展現場測量和成像，徹底改變我們對日冕的認識。

“帕克”要探測的另一個對象，是太陽風。太陽風其實不是風，而是一種連續的粒子流，主要由各種帶電粒子組成。當日冕層中存在磁場異常的時候，就會形成持續數月甚至數年的冕洞。科學家給太陽做了一個X射線透視，發現冕洞是黑色的，說明這個地方的磁場不夠強，導致帶電粒子被拋向太空。因此，像紙風車旋轉那樣，當太陽自轉時，太陽風就從太陽上被甩出來了。

光只需要8分鐘就可以從太陽抵達地球，但太陽風跑得沒有這么快，它的平均速度約為400千米/秒，需要4天半才能到達地球。這就為預報太空中的天氣狀況提供了時間差。當科學家偵察到太陽活動出現異常時，就可以及時發出預警信號，提醒地球上的人們，盡早做好應對太陽風的預案。

太陽風在穿越太陽系空間時，將影響各個星球。它會沖擊彗星，產生長長的尾巴；它會使地球大氣分子被電離，形成漂亮的極光；它會損壞衛星上的電子元器件，導致衛星無法正常工作，通信信號中斷。但太陽風也不是一無是處，它可以推動巨大的光帆，成為飛船在太空中飛行的動力。

為什么要這么靠近太陽

人類天生就好奇，而“帕克”就像一個好奇小子，“赴湯蹈火”的目的，是揭示太陽之謎。

第1個謎團，為什么太陽光球層，也就是太陽表面的溫度，沒有太陽的大氣層，也就是日冕層的溫度高？我們通常認為離熱源越遠，溫度越低，可是為什么離太陽內核更遠的日冕層，反而比光球層的溫度更高呢？

第2個謎團，太陽沿各個方向噴射出速度高達每小時上百萬千米的帶電粒子，形成了太陽風。科學家知道太陽風已經很久了，因為早期的觀測者注意到，當彗星劃過時，無論朝哪個方向運動，尾巴總是背向太陽，這表明太陽風的速度比彗星的速度更快。但太陽風究竟是怎樣加速的，至今仍在吊人胃口。

第3個謎團，太陽不僅會吹出太陽風，還會間歇性地發射出太陽高能粒子。這種粒子對在太空中飛行的宇航員和宇宙飛船造成了威脅。只有了解太陽高能粒子是怎么產生的、何時會爆發，我們才能提出應對措施，保護人類走向深空。

數百萬噸高度磁化的物質，以每小時數百萬千米的速度，從太陽噴出。這一速度，相當于在幾秒鐘內，從北京到廣州。為什么太陽風跑得這么快？它是如何加速的？“帕克”要盡可能接近太陽，通過與太陽的親密接觸，從源頭進行研究，才能回答這些問題。

如何避免航天器被燒壞

似乎每年夏天都會冒出來新聞，告訴大家這似乎是有史以來最熱的夏天。地球與太陽的平均距離約為1.5億千米，就已經讓我們感覺非常熱了。如果你到太陽的距離，拉近到僅為日地距離的1/25，那又該有多熱呢？“帕克”與太陽最近的距離，為616萬千米，比水星更靠近太陽，比之前任何航天器與太陽的距離還要近7倍。

航天器近距離靠近太陽，主要的挑戰來自上千攝氏度的高溫。科學家采用碳復合材料設計出隔熱罩，給“帕克”特別配了1把厚達11.43厘米的“遮陽傘”，可以承受飛船外部1 377攝氏度的高溫。要知道，鐵的熔點才1 535攝氏度，普通鑄鐵的熔點才1 200攝氏度左右，“帕克”要承受的溫度，可以把鑄鐵都融化了。

光有隔熱還不行，總會有一些熱量透過隔熱罩。因此，“帕克”還配備了特制的散熱器，把多余的熱量擴散到太空中，以免高溫損壞探測儀器。在這些措施的保護下，居然可以讓探測器中的儀器保持在室溫狀態。這樣的“空調”技術，要是用在房子上，夏天就能體驗冰爽的感覺了。

不僅是高溫，還有輻射。越靠近太陽，各種射線和粒子的輻射越強，可能擊穿探測器的電路，特別是數據存儲器和計算機芯片，導致它們喪失工作能力。為此，“帕克”也進行了各種防輻射設計，減輕輻射對航天器的傷害。為了“帕克”的“防暑降溫”，科學家們可是絞盡腦汁，費盡了心機。

“帕克”此行的目的是更好地理解太陽，而理解太陽的目的，是為了更準確地預報太陽活動導致的空間天氣，保護地球和人類的安全。