“帕克”逐日記

林寬雨

它是宇宙中的“大塊頭”，體積是地球的100多萬倍;它是太陽系的中心，很多行星、流星、彗星都得圍著它轉(zhuǎn);它“歲數(shù)”很大，目前已經(jīng)在宇宙中生活了幾十億年;它“呵護(hù)”著地球生長，為地球上的生命提供光和熱;它偶爾也會(huì)“鬧脾氣”，利用耀斑、黑子等“搞破壞”。它，就是給人們留下了很多疑問的太陽。為了揭開太陽的神秘面紗，科學(xué)家們發(fā)射過很多太陽觀測(cè)衛(wèi)星和太陽探測(cè)器。最近，又有一個(gè)太陽探測(cè)器帶著人們的期望奔向了太陽，它就是“帕克”太陽探測(cè)器。和以往不同的是，這一次， “帕克”會(huì)和太陽靠得更近。

開啟“逐日”大冒險(xiǎn)

大約在10年前，約翰-霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室就開啟了“帕克”太陽探測(cè)器的設(shè)計(jì)工作。“帕克”探測(cè)器原定的發(fā)射時(shí)間是2015年，后來又被推遲到了2018年。如今，在漫長的等待后，“帕克”太陽探測(cè)器最終于美國當(dāng)?shù)貢r(shí)間8月12日凌晨3時(shí)31分發(fā)射升空，開啟了將要?dú)v時(shí)7年的“逐日”大冒險(xiǎn)。

在這7年里，“帕克”在太空留下的足跡大約是這樣的：第一階段完成發(fā)射任務(wù)，時(shí)間是從2018年8月12日-8月19日（美國當(dāng)?shù)貢r(shí)間），“帕克”正式開始奔向太陽;第二階段，時(shí)間來到2018年秋天，跟末來的太空伙伴金星初次邂逅;第三階段，在2018年冬天至2024年冬天的時(shí)間段中， “帕克”太陽探測(cè)器會(huì)遇見金星7次，繞太陽轉(zhuǎn)22圈并到達(dá)距離太陽600多萬千米的地方;第四階段，繼續(xù)繞太陽轉(zhuǎn)圈并完成一些探測(cè)任務(wù)后謝幕。

全副武裝，和太陽“親密接觸”

想和太陽這么“親近”，如果不做好充分準(zhǔn)備，太陽“熱情的擁抱”很快就能將它融化。為了圓滿完成自己的使命，“帕克”太陽探測(cè)器也做了不少工作。

走“清涼路線”

在“帕克”的行動(dòng)路線中有一個(gè)叫日冕的區(qū)域，這是太陽大氣層中非常熱的一個(gè)區(qū)域，物質(zhì)溫度超過了56萬℃。為了在這個(gè)熾熱的區(qū)域里完成任務(wù)， “帕克”太陽探測(cè)器選擇了一條“清涼的行動(dòng)路線”。在介紹這條路線前，我們必須明白一件事，就是“高溫并不等于高熱量”。對(duì)于這個(gè)不等式，美國約翰-霍普金斯大學(xué)工程師貝奇·康登給出了解釋：溫度與粒子移動(dòng)速度有關(guān)，而熱量則與粒子傳輸?shù)目偰芰坑嘘P(guān)。就是說即使粒子通過快速移動(dòng)產(chǎn)生了高溫，但如果它們的數(shù)量不多依舊不會(huì)傳遞太多能量，也就不會(huì)產(chǎn)生很多熱量。所以“帕克”要走的“清涼路線”就是日冕區(qū)域里粒子密度很低的地方。

自備“太陽傘”

不過，太陽的“熱情”可不是浪得虛名，即便選擇了“清涼路線”，依然能感受到來自太陽的超過1 000℃的“熱情擁抱”，為了應(yīng)對(duì)這份“熱情”， “帕克”準(zhǔn)備了一把大大的“太陽傘”。這把“太陽傘”是一個(gè)為“帕克”太陽探測(cè)器“量身打造”的直徑約2.4米、厚度約115毫米的隔熱罩。隔熱罩由兩塊碳板和夾在碳板中間的一塊碳復(fù)合泡沫構(gòu)成，在其外側(cè)還有一層白色的陶瓷涂料。據(jù)說，這種隔熱罩的隔熱效果很好，位于隔熱罩背后的機(jī)身可以保持在30℃左右的舒適環(huán)境中。

簡單實(shí)用的“空調(diào)”

除了“太陽傘”， “帕克”還自備了一個(gè)“空調(diào)”，這個(gè)“空調(diào)”的“家庭成員”包括：去離子水冷卻劑、防止冷卻劑凍結(jié)的加熱罐和散熱器、 “幫忙”冷卻的鋁散熱片和冷卻劑循環(huán)泵。在探測(cè)器接近太陽的過程中，這個(gè)“空調(diào)”可以給暴露在“太陽傘”外的太陽能陣列和儀器降溫。

除了降溫設(shè)備， “帕克”還配備了熔點(diǎn)極高，可以測(cè)量太陽風(fēng)離子和電子通量以及流動(dòng)角度的“法拉第杯”傳感器，還有由鈮制成并用藍(lán)寶石水晶管懸掛的電線，以及用于拍照的名為“Whisper”的白光成像儀，可在“帕克”高速接近太陽時(shí)進(jìn)

“帕克”太陽探測(cè)器為什么要繞著太陽轉(zhuǎn)圉？

“帕克”繞太陽轉(zhuǎn)那么多圈，是在“炫耀”自己的飛行技術(shù)嗎？當(dāng)然不是，這樣繞圈是最經(jīng)濟(jì)的飛行方式。在7次遇見金星的過程中，“帕克”可以借助它的引力助推進(jìn)行減速。“背井離鄉(xiāng)”、離家“千里之外”的“帕克”為了完成自己的探索夢(mèng)想一切還得“從儉”。

距日600多萬千米是不是有點(diǎn)遠(yuǎn)？

600多萬千米，乍一昕這個(gè)數(shù)字感覺好像很遙遠(yuǎn)，但實(shí)際上這個(gè)距離和太陽已經(jīng)很近了。大家可能想象不到，地球和太陽之間的距離是1.5億千米左右。在八大行星里離太陽最近的水星距離太陽也有4 600萬千米，而“帕克”和太陽表面的最近距離僅僅是水星和太陽之間距離的1/7左右。行成像。

“刺探”太陽的秘密

靠得那么近， “帕克”太陽探測(cè)器自然耍弄清楚幾個(gè)太陽的秘密。比如，太陽大氣層從里向外分為光球?qū)印⑸驅(qū)雍腿彰釋樱凑粘ＷR(shí)來說，距離太陽表面越遠(yuǎn)，溫度應(yīng)該越低。但事實(shí)卻恰好相反，最外側(cè)的日冕層溫度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于光球?qū)拥臏囟龋瑸槭裁磿?huì)出現(xiàn)這種情況？又如，由太陽噴射出的熾熱的帶電粒子風(fēng)，即太陽風(fēng)，它的源頭的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)是什么樣的？它從哪里得到的能量？這種時(shí)速可以達(dá)到百萬千米的粒子風(fēng)又為什么在靠近太陽表面的地方不展示“威力”，到達(dá)太陽系行星時(shí)卻成了名副其實(shí)的“狂風(fēng)”？

此外， “帕克”和太陽風(fēng)的“緣分”不僅在于它要探索太陽風(fēng)，它的名字由來也和太陽風(fēng)有關(guān)系。“帕克”太陽探測(cè)器是以美國天文學(xué)家、芝加哥大學(xué)榮譽(yù)退休教授、現(xiàn)年90歲的帕克命名的。而帕克恰好是太陽風(fēng)科學(xué)的先驅(qū)人物，他早在1958年就預(yù)測(cè)到了太陽風(fēng)的存在。值得一提的是， “帕克”也是美國國家航空航天局首個(gè)以在世人物命名的太陽探測(cè)器。

鏈接：中國的“逐日”計(jì)劃

各個(gè)國家都在想方設(shè)法去“刺探”太陽的秘密，我們國家也在不斷開拓研究太陽的計(jì)劃。為了探索太陽，科學(xué)家們已經(jīng)制定了很多計(jì)劃，從太陽活動(dòng)的微觀規(guī)律和宏觀規(guī)律這兩個(gè)方面來研究太陽，比如“太陽顯微”計(jì)劃和“太陽全景”計(jì)劃。從名字我們就能猜出，前者主要研究太陽的“私密生活”，而后者更關(guān)注太陽的“大動(dòng)作”。

事實(shí)也確實(shí)如此， “太陽顯微”計(jì)劃主要研究太陽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與演化、日冕結(jié)構(gòu)、爆發(fā)過程的粒子加速機(jī)制等問題;而“太陽全景”計(jì)劃則是關(guān)注太陽的大尺度特征、耀斑的特征、日冕物質(zhì)拋射的全球特征等問題。計(jì)劃制定好了，下一步就是行動(dòng)了。我國預(yù)計(jì)于2022年發(fā)射先進(jìn)天基太陽天文臺(tái)，這是我國首顆專門用于太陽觀測(cè)的衛(wèi)星，相信它會(huì)按照科學(xué)家們制定的計(jì)劃探索出太陽更多的秘密。

在科學(xué)家們的太陽探測(cè)計(jì)劃中還有“太陽哨兵”“太陽軌道器”等利器準(zhǔn)備去“窺探”太陽的秘密。相信，隨著科技的發(fā)展、研究的深入，終能揭開太陽神秘的面紗。