“帕克”奔日，能解開哪些謎題

周舟

萬物生長靠太陽，但太陽是我們“最熟悉的陌生人”，對這顆人類賴以生存的大火球，我們還有太多的問題沒有弄明白。

2018年8月12日，美國“帕克”太陽探測器從佛羅里達(dá)州啟程，踏上人類歷史上第一次近距離“觸摸”太陽的逐日之旅。那么，它如何接近太陽？有什么“防烤化”的高招？又會帶來哪些新發(fā)現(xiàn)呢？

史上最靠近太陽的航天器

首先從“帕克”自身談起。這個探測器重約635千克，大小如同一輛小汽車。因為接近太陽需要巨大的能量，所以“帕克”使用了當(dāng)前世界上推力最大的火箭之一“德爾塔4”發(fā)射，所用發(fā)射能量是前往火星的55倍，比前往位于太陽系邊緣的冥王星也多出一倍。

升空后，“帕克”將越飛越快，打破人造物體的飛行速度紀(jì)錄——在最接近太陽時，一小時能飛70萬千米。按這種速度，只要一分鐘就能從華盛頓飛到北京。不過，要接近太陽，還必須借助行星的引力踩“剎車”減速。這個行星，就是金星?！芭量恕睂?次近距離飛掠金星，利用其引力調(diào)整軌道并降低速度，從而逐漸靠近太陽。

按計劃，“帕克”將于9月底第一次掠過金星，然后于11月首次抵達(dá)近日點。美國航天局說，這時“帕克”距太陽只有36個太陽半徑的距離——約2500萬千米，將成為史上最靠近太陽的航天器。

“帕克”的預(yù)定工作壽命為7年，其間將環(huán)繞太陽飛行24圈，最終將飛至距太陽表面約610萬千米的最近點，只有不到10個太陽半徑的距離。這意味著探測器進(jìn)入了日冕層。日冕是太陽大氣層的最外層，在這里，帶電粒子被加速到超音速并飛離太陽，形成了可能危害地球的太陽風(fēng)。

構(gòu)成太陽風(fēng)的帶電粒子與太陽表面之間相隔一段距離，這一間距的上層邊界被稱為“阿爾芬點”?！鞍柗尹c”距太陽表面有數(shù)十個太陽半徑的距離，此前尚未有航天器能直接觀測“阿爾芬點”之內(nèi)的情況?！芭量恕表椖康目茖W(xué)家、美國亞利桑那大學(xué)助理教授克里斯托弗·克萊因在一份聲明中說：“如果‘帕克進(jìn)入了‘阿爾芬點之內(nèi)，我們就可以說它進(jìn)入太陽大氣層并‘觸摸到太陽了?！?/p>

此前，最接近太陽的人類探測器是德美兩國共同研制的“太陽神2號”，它曾于1976年飛至距太陽表面約4300萬千米的地方，約是計劃中“帕克”與太陽表面最近距離的7倍。

酷熱高溫都不怕

太陽表面溫度約為6000攝氏度，而位于太陽大氣層最外層的日冕溫度高達(dá)上百萬攝氏度，“帕克”如何耐受得住太陽之火而不被燒化呢？

美國航天局說，盡管日冕溫度高得驚人，但因為物質(zhì)密度低，可導(dǎo)熱粒子稀少，對航天器的影響實際上并沒有想象中那么大——這就好像手在熱烤箱里能比在熱水里堅持更長時間。按照他們的計算，“帕克”進(jìn)入日冕后，面向太陽的那一面僅會被加熱到約1400攝氏度，盡管這個溫度也足以讓鐵熔化。

更重要的是，“帕克”面向太陽的一面裝有厚約11.4厘米的防熱罩，由輕質(zhì)碳復(fù)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(nèi)部的溫度維持在30攝氏度左右。幾十年前，美國航天局就有探測日冕的計劃，但直到最近材料科學(xué)取得進(jìn)展，研制出了這種防熱罩，計劃才得以真正實施。

“帕克”探測器上也有設(shè)備沒有躲在防熱罩下，其中一個是被稱為“法拉第杯”的傳感器，用來測量太陽風(fēng)中離子和電子的相關(guān)數(shù)據(jù)。“法拉第杯”使用鉬合金制成，其熔點高達(dá)2349攝氏度，而為它產(chǎn)生電場的芯片由鎢制成，熔點高達(dá)3422攝氏度。

另外，設(shè)計人員采用金屬鈮制造電線，并用藍(lán)寶石晶管來隔熱，防止電線被烤化。

“帕克”探測器上還有多個高溫保護裝置。比如，研究人員在防熱罩陰影的邊緣安裝了多個傳感器，一旦某個傳感器探測到陽光，便會通知中央電腦，“帕克”探測器隨即自動糾正姿態(tài)，確保內(nèi)部儀器安全。

四大儀器解謎題

人類費盡心機探測太陽，并非只是滿足“奔日”夢想，我們對太陽的了解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，其中一個主要的未知領(lǐng)域是日冕物質(zhì)拋射和太陽風(fēng)形成等太陽活動。比如，科學(xué)家尚不清楚太陽風(fēng)中的粒子是如何獲得加速度的。另外，日冕溫度為何遠(yuǎn)高于太陽表面，這也是一個謎。

為了回答這些問題，“帕克”探測器搭載了四大儀器，分別是測量日冕電場和磁場的FIELDS，記錄太陽風(fēng)中粒子速度、密度和溫度等數(shù)據(jù)的SWEAP，直接給太陽日冕拍照的WISPR，以及測量粒子能量及種類的ISIS。

美國航天局說，“帕克”探測器將在日冕層展開近距離觀測，希望能“革命性改變對太陽的認(rèn)識”。同時，這項任務(wù)也將增進(jìn)人類對其他恒星的認(rèn)識，并有助于更準(zhǔn)確地預(yù)報重大空間天氣事件，從而更好地保護人造衛(wèi)星、宇航員以及地球上的電網(wǎng)和飛行器等。

“帕克”探測器以曾提出太陽風(fēng)存在的美國物理學(xué)家尤金·帕克的名字命名?？粗芭量恕鄙朐葡?，這位91歲的老人在美國航天局電視直播中說：“我想說，哇，開始啦，接下來的幾年我們將會學(xué)到一些新東西！”