帕克探測器

張田勘

美國國家航空航天局（NASA）的帕克太陽探測器于2018年8月12日凌晨3時31分，由美國聯合發射聯盟的Delta-4重型火箭在佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地成功發射升空，開始進行為期7年的追日之旅。此次探索，將是人造航天器首次最近距離抵達太陽的大氣層。

三大任務

為何要探索太陽？這是所有人的疑問。

追逐和探索太陽不僅有千難萬阻，而且風險特別大。帕克是一艘宇宙飛船，即航天器，造價15億美元，此次它的探訪太陽之旅要進入太陽大氣層，但即便只是太陽表面，最低溫度也達到攝氏4500度，在此條件下，無論是肉身還是鋼筋鐵骨，還未進入太陽大氣層，頃刻間就會化為灰燼。

所以，帕克不是觸摸太陽，更不是去親吻太陽，只不過是到太陽邊上觀望，而且有7年的漫長探測旅程。弄得不好，帕克也有可能被太陽的高溫吞噬。因此，這次人類的赴約注定不會浪漫和美艷，但卻非常有意義。

與太陽約會當然要先了解太陽系中這個“老大哥”的現狀、外貌和內涵，更要理解八大行星與這顆當家恒星的關系;最重要的是，要了解這顆“老大哥”恒星對地球的影響，準確地說，就是了解太陽如何作用和影響于地球上的人類和其他生物。

今天的人們并不滿足于地球萬物的生存只能依賴于陽光的照耀等常識，而是希望除了知道太陽的結構外，還應當了解太陽的活動。現在，僅有關太陽活動方面就有許多關注的熱點，例如太陽黑子、太陽耀斑、太陽風、日冕物質拋射、太陽磁場、星際磁場、磁波與行星軌道、太陽周期、黑子周期和太陽磁場逆轉周期等。

太陽活動的這些熱點每一項都不僅影響地球與地球上的人和生物，也與銀河系和宇宙中的其他星球相互作用，從宏觀和微觀上或大或小、或多或少地與人類的生活發生聯系。

按照NASA太陽物理研究所科學部門副主任阿力克謝·揚（Alex Young）的解釋，此次帕克探測器的任務主要有三個，一是探索太陽風的速度，二是觀察太陽風暴原理，三是了解日冕層的溫度為何如此高。這三項探索或研究是緊密聯系在一起的。而且，這些任務是建立在過去人們對太陽觀察和研究的基礎之上的。

其中，探索太陽風的速度就意義重大。太陽探測器帕克就是以美國已故天文學家、芝加哥大學教授尤金·帕克（Eugene Parker）的名字命名的。帕克在20世紀50年代提出了太陽風理論，并預測帕克螺旋（Parker spiral）的存在。

2017年5月31日，在芝加哥大學舉辦的紀念帕克的會議中，NASA就宣布把太陽探測器+（Solar Probe Plus）的任務改命名為帕克太陽探測（Parker Solar Probe）。過去，人們初步了解到，太陽風是由太陽“吹出”的粒子流，它的加熱加速與日冕的加熱問題聯系在一起是空間物理的重大課題之一。

盡管人們把預言太陽風的存在歸功于帕克，但帕克本人并不如此認為，因為他在1958年提出太陽風概念以前，已經有太陽風存在的證據。

20世紀初，挪威科學家伯克蘭（KristianBirkeland）就提出地球的極光是由來自太陽連續的粒子流引起，后來德國科學家比爾曼（Ludwig Biermann）對彗尾的逆太陽方向現象（無論彗星運動方向是朝向太陽還是遠離太陽，其尾部總是指向遠離太陽的方向）開展相關研究，推測是太陽吹出來的穩定的粒子流壓迫彗尾產生了這個現象，而且粒子流沿著太陽徑向從各個方向流出，速度在500～1500千米/秒。比爾曼推測的這個速度直到今天都被認為是比較靠譜的，但還是需要帕克號太陽探測器的實證研究來證實。

后來，帕克的博士論文導師、加州理工大學教授戴維斯（Leverett Davis）又在1955年提出，是“太陽微粒輻射”把恒星際介質推出去，在太陽周圍形成以太陽微粒為主的空間。所以，太陽風在過去稱為太陽微粒，帕克的貢獻是，第一次提出太陽微粒是一種粒子流，是一種流體模型，并在1958年提出這一流體模型時，把它稱為太陽風，這個術語和概念沿用至今。

帕克進入日冕后，面向太陽的那一面將僅升溫到約1400攝氏度，但是，帕克太陽探測器包裹了厚約11.45厘米的隔熱罩，由輕質碳復合泡沫制成，表面涂有白色陶瓷涂料，可反射盡可能多的陽光，使探測器內部的溫度可維持在30攝氏度左右。

與太陽風密切相關的就是太陽風暴，因為一般太陽風的能量爆發來自太陽耀斑或其他被稱為“太陽風暴”的氣候現象。太陽風暴是太陽大氣中發生的持續時間短暫、規模巨大的能量釋放現象，主要通過增強的電磁輻射、高能帶電粒子流和等離子體云等三種形式釋放。之后可以引發地球空間高能電子暴、熱等離子體注入、電離層暴、高層大氣密度增加等多種空間環境擾動事件，對衛星運行、導航通信和地面系統產生一系列的影響。

日冕是太陽大氣的最外層，厚度達到幾百萬千米以上。日冕層的溫度極高，可達100萬～200萬攝氏度。同時日冕上有冕洞，冕洞是太陽風的風源。所以，太陽風、太陽風暴和日冕層是密切相關的。

太陽是如此熾熱，任何對它有親近舉動的人和物體都會頃刻間被熱化，因為它的大氣層中最低溫度也可能達到4500攝氏度。那么，帕克太陽探測器如何才能接近太陽，或進入太陽的大氣層？

逐日七年

太陽的結構從內向外分為核心、輻射區、對流層、光球層、色球層、日冕層，后三層則構成了太陽的大氣層。然而，太陽的高溫在大氣層中的分布并非依據從內向外遞減的原則。太陽大氣的最低溫度攝氏4500度只不過是色球層邊緣的溫度，然而到了最外層的日冕層的底層邊界，溫度可達到攝氏100萬～200萬度。