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（示意圖）在太陽(yáng)外環(huán)飛的帕克探測(cè)器。

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的帕克太陽(yáng)探測(cè)器于美國(guó)東部時(shí)間8月12日凌晨3時(shí)31分，由美國(guó)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的Delta-4重型火箭在佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地成功發(fā)射升空，開(kāi)始進(jìn)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(dá)太陽(yáng)的大氣層。

三大任務(wù)

為何要探索太陽(yáng)？這是所有人的疑問(wèn)。

追逐和探索太陽(yáng)不僅有千難萬(wàn)阻，而且風(fēng)險(xiǎn)特別大。帕克是一艘宇宙飛船，即航天器，造價(jià)15億美元，此次它的探訪太陽(yáng)之旅要進(jìn)入太陽(yáng)大氣層，但即便只是太陽(yáng)表面，最低溫度也達(dá)到攝氏4500度，在此條件下，無(wú)論是肉身還是鋼筋鐵骨，還未進(jìn)入太陽(yáng)大氣層，頃刻間就會(huì)化為灰燼。

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

與太陽(yáng)約會(huì)當(dāng)然要先了解太陽(yáng)系中這個(gè)“老大哥”的現(xiàn)狀、外貌和內(nèi)涵，更要理解8大行星與這顆當(dāng)家恒星的關(guān)系;最重要的是，要了解這顆“老大哥”恒星對(duì)地球的影響，準(zhǔn)確地說(shuō)，就是了解太陽(yáng)如何作用和影響于地球上的人類(lèi)和其他生物。

今天的人們并不滿(mǎn)足于地球萬(wàn)物的生存只能依賴(lài)于陽(yáng)光的照耀等常識(shí)，而是希望除了知道太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)當(dāng)了解太陽(yáng)的活動(dòng)?，F(xiàn)在，僅有關(guān)太陽(yáng)活動(dòng)方面就有許多關(guān)注的熱點(diǎn)，例如太陽(yáng)黑子、太陽(yáng)耀斑、太陽(yáng)風(fēng)、日冕物質(zhì)拋射、太陽(yáng)磁場(chǎng)、星際磁場(chǎng)、磁波與行星軌道、太陽(yáng)周期、黑子周期和太陽(yáng)磁場(chǎng)逆轉(zhuǎn)周期等。

太陽(yáng)活動(dòng)的這些熱點(diǎn)每一項(xiàng)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(lèi)的生活發(fā)生聯(lián)系。

按照NASA太陽(yáng)物理研究所科學(xué)部門(mén)副主任阿力克謝·揚(yáng)（Alex Youg）的解釋?zhuān)舜闻量颂綔y(cè)器的任務(wù)主要有三個(gè)，一是探索太陽(yáng)風(fēng)的速度，二是觀察太陽(yáng)風(fēng)暴原理，三是了解日冕層的溫度為何如此高。這三項(xiàng)探索或研究是緊密聯(lián)系在一起的。而且，這些任務(wù)是建立在過(guò)去人們對(duì)太陽(yáng)觀察和研究的礎(chǔ)之上的。

其中，探索太陽(yáng)風(fēng)的速度就意義重大。太陽(yáng)探測(cè)器帕克就是以美國(guó)已故天文學(xué)家、芝加哥大學(xué)教授尤金·帕克（Eugene Parker）的名字命名的。帕克在20世紀(jì)50年代提出了太陽(yáng)風(fēng)理論，并預(yù)測(cè)帕克螺旋（Parker spiral）的存在。

2017年5月31日，在芝加哥大學(xué)舉辦的紀(jì)念帕克的會(huì)議中，NASA就宣布把太陽(yáng)探測(cè)器+（Solar Probe Plus）的任務(wù)改命名為帕克太陽(yáng)探測(cè)（Parker Solar Probe）。過(guò)去，人們初步了解到，太陽(yáng)風(fēng)是由太陽(yáng)“吹出”的粒子流，它的加熱加速與日冕的加熱問(wèn)題聯(lián)系在一起是空間物理的重大課題之一。

盡管人們把預(yù)言太陽(yáng)風(fēng)的存在歸功于帕克，但帕克本人并不如此認(rèn)為，因?yàn)樗?958年提出太陽(yáng)風(fēng)概念以前，已經(jīng)有太陽(yáng)風(fēng)存在的證據(jù)。

20世紀(jì)初，挪威科學(xué)家伯克蘭（Kristian Birkeland）就提出地球的極光是由來(lái)自太陽(yáng)連續(xù)的粒子流引起，后來(lái)德國(guó)科學(xué)家比爾曼（Ludwig Biermann）對(duì)彗尾的逆太陽(yáng)方向現(xiàn)象（無(wú)論彗星運(yùn)動(dòng)方向是朝向太陽(yáng)還是遠(yuǎn)離太陽(yáng)，其尾部總是指向遠(yuǎn)離太陽(yáng)的方向）開(kāi)展相關(guān)研究，推測(cè)是太陽(yáng)吹出來(lái)的穩(wěn)定的粒子流壓迫彗尾產(chǎn)生了這個(gè)現(xiàn)象，而且粒子流沿著太陽(yáng)徑向從各個(gè)方向流出，速度在500-1500千米/秒。比爾曼推測(cè)的這個(gè)速度直到今天都被認(rèn)為是比較靠譜的，但是還是需要帕克號(hào)太陽(yáng)探測(cè)器的實(shí)證研究來(lái)證實(shí)。

專(zhuān)家們檢測(cè)待飛的帕克探測(cè)器。

后來(lái)，帕克的博士論文導(dǎo)師、加州理工大學(xué)教授戴維斯（Leverctt Davis）又在1955年提出，是“太陽(yáng)微粒輻射”把恒星際介質(zhì)推出去，在太陽(yáng)周?chē)纬梢蕴?yáng)微粒為主的空間。所以，太陽(yáng)風(fēng)在過(guò)去稱(chēng)為太陽(yáng)微粒，帕克的貢獻(xiàn)是，第一次提出太陽(yáng)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(shí)，把它稱(chēng)為太陽(yáng)風(fēng)，這個(gè)術(shù)語(yǔ)和概念沿用至今。

與太陽(yáng)風(fēng)密切相關(guān)的就是太陽(yáng)風(fēng)暴，因?yàn)橐话闾?yáng)風(fēng)的能量爆發(fā)來(lái)自于太陽(yáng)耀斑或其他被稱(chēng)為“太陽(yáng)風(fēng)暴”的氣候現(xiàn)象。太陽(yáng)風(fēng)暴是太陽(yáng)大氣中發(fā)生的持續(xù)時(shí)間短暫、規(guī)模巨大的能量釋放現(xiàn)象，主要通過(guò)增強(qiáng)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(fā)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(huán)境擾動(dòng)事件，對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行、導(dǎo)航通信和地面系統(tǒng)產(chǎn)生一系列的影響。

日冕是太陽(yáng)大氣的最外層，厚度達(dá)到幾百萬(wàn)千米以上。日冕層的溫度極高，可達(dá)100萬(wàn)-200萬(wàn)攝氏度。同時(shí)日冕上有冕洞，冕洞是太陽(yáng)風(fēng)的風(fēng)源。所以，太陽(yáng)風(fēng)、太陽(yáng)風(fēng)暴和日冕層是密切相關(guān)的。

太陽(yáng)是如此熾熱，任何對(duì)它有親近舉動(dòng)的人和物體都會(huì)頃刻間被熱化，因?yàn)樗拇髿鈱又凶畹蜏囟纫部赡苓_(dá)到4500攝氏度。那么，帕克太陽(yáng)探測(cè)器如何才能接近太陽(yáng)，或進(jìn)入太陽(yáng)的大氣層？

逐日七年

太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)從內(nèi)向外分為核心、輻射區(qū)、對(duì)流層、光球?qū)印⑸驅(qū)?、日冕層，后三層則構(gòu)成了太陽(yáng)的大氣層。然而，太陽(yáng)的高溫在大氣層中的分布并非依據(jù)從內(nèi)向外遞減的原則。太陽(yáng)大氣的最低溫度攝氏4500度只不過(guò)是色球?qū)舆吘壍臏囟?，然而到了最外層的日冕層的底層邊界，溫度可達(dá)到攝氏100萬(wàn)-200萬(wàn)度。

因此，如果帕克太陽(yáng)探測(cè)器要進(jìn)入太陽(yáng)的大氣層，必須要經(jīng)受高溫“烤”驗(yàn)。對(duì)此，NASA作了兩方面的設(shè)計(jì)。一是與太陽(yáng)保持適當(dāng)?shù)木嚯x，二是帕克太陽(yáng)探測(cè)器的耐熱設(shè)備和儀器。

為了避免太陽(yáng)的高溫，探測(cè)器與太陽(yáng)的距離一直在進(jìn)行理論調(diào)試和實(shí)際操作。

帕克并非是人類(lèi)第一個(gè)與太陽(yáng)約會(huì)的飛船，此前人類(lèi)共發(fā)射了15個(gè)太陽(yáng)探測(cè)器，最逼近太陽(yáng)的是1976年德國(guó)發(fā)射的“太陽(yáng)神2號(hào)”，距離太陽(yáng)2700萬(wàn)英里（約4345萬(wàn)千米）。這次帕克的飛行軌道距離太陽(yáng)更近，預(yù)計(jì)在2024年帕克飛行到離太陽(yáng)最近，這時(shí)距太陽(yáng)380萬(wàn)英里（約611萬(wàn)千米），因此比以前最接近太陽(yáng)的飛船還要近7倍，所以會(huì)遭遇更高更強(qiáng)的高溫和輻射。

為了應(yīng)對(duì)高溫的輻射，讓探測(cè)器上的儀器能正常工作，NASA研究人員進(jìn)行了精確計(jì)算和設(shè)計(jì)耐熱裝備。帕克進(jìn)入日冕后，面向太陽(yáng)的那一面將僅升溫到約1400.攝氏度，但是，帕克太陽(yáng)探測(cè)器包裹了厚約11.45厘米的隔熱罩，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(yáng)光，使探測(cè)器內(nèi)部的溫度可維持在30攝氏度左右。

此外，一些儀器也是耐高溫的，例如帕克探測(cè)器中的傳感器“法拉第杯”，用來(lái)測(cè)量太陽(yáng)風(fēng)中離子和電子的相關(guān)數(shù)據(jù)?！胺ɡ诒庇摄f合金制成，熔點(diǎn)高達(dá)2349攝氏度，為它產(chǎn)生電場(chǎng)的芯片由鎢制成，熔點(diǎn)高達(dá)3422攝氏度，并且“法拉第杯”并沒(méi)有放置于隔熱罩后。同時(shí)，帕克的飛行角度由軟件控制，可確保隔熱罩后的儀器設(shè)備不會(huì)面向熱源，保持儀器在合適的溫度下工作。

另外，帕克探測(cè)器上還裝載有一些高溫保護(hù)機(jī)制，例如在隔熱罩陰影的邊緣安裝了多個(gè)傳感器，一旦某個(gè)傳感器探測(cè)到陽(yáng)光，便會(huì)通知中央電腦，帕克探測(cè)器會(huì)馬上自動(dòng)糾正姿勢(shì)，確保內(nèi)部?jī)x器安全。

問(wèn)題是，帕克號(hào)將是第一架飛經(jīng)太陽(yáng)大氣層中的日冕層的飛船，日冕層的溫度更高，能否經(jīng)受住高溫“烤”驗(yàn)，需要未來(lái)的進(jìn)行驗(yàn)證。不過(guò)，NASA的解釋是，日冕溫度當(dāng)然特別高，但因?yàn)槲镔|(zhì)密度低，可導(dǎo)熱粒子稀少，對(duì)航天器高溫影響并沒(méi)有想象中那么火，這相當(dāng)于人們將手放到了烤箱里面，但只要不接觸到任何一個(gè)表面，就不會(huì)被灼傷。帕克進(jìn)入日冕后，面向太陽(yáng)的那一面也不過(guò)上升到約1400攝氏度，但是帕克的隔熱罩能有效地隔離太陽(yáng)的高溫。

為了完成探索太陽(yáng)風(fēng)的速度、觀察太陽(yáng)風(fēng)暴原理和了解日冕層的溫度為何如此高，帕克搭載了幾種儀器，一是記錄太陽(yáng)風(fēng)中粒子速度、密度和溫度等數(shù)據(jù)的“太陽(yáng)風(fēng)電子、阿爾法射線和質(zhì)子探測(cè)器”（SWEAP），其中就采用了法拉第杯來(lái)捕捉太陽(yáng)風(fēng)中的帶電粒子。

二是測(cè)量日冕電場(chǎng)和磁場(chǎng)的FIELDS，是一臺(tái)太陽(yáng)電磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，能夠?qū)μ?yáng)大氣層中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)，以幫助科學(xué)家了解電磁場(chǎng)如何與組成太陽(yáng)的等離子體物質(zhì)，以及太陽(yáng)風(fēng)之間發(fā)生相互作用。

三是直接給太陽(yáng)日冕拍照的廣角成像儀WISPR，它將拍攝沿途飛過(guò)區(qū)域的圖像，以幫助研究人員對(duì)其他設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像校準(zhǔn)，并對(duì)太陽(yáng)耀斑爆發(fā)等進(jìn)行監(jiān)測(cè);四是測(cè)量粒子能量及種類(lèi)的“太陽(yáng)整合科學(xué)探測(cè)儀”（ISIS），可以幫助科學(xué)家揭開(kāi)太陽(yáng)風(fēng)加速的謎團(tuán)。

另外，為了讓帕克順利抵達(dá)太陽(yáng)邊緣，NASA將帕克設(shè)計(jì)為人類(lèi)有史以來(lái)飛行速度最快的航天器。帕克探測(cè)器需要抵抗地球太陽(yáng)之間的引力，借用金星的引力，逐漸接近太陽(yáng)。約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的帕克太陽(yáng)探測(cè)器項(xiàng)目科學(xué)家尼科拉·?？怂梗∟icola Fox）表示，帕克探測(cè)器將以時(shí)速43萬(wàn)英里（約69萬(wàn)千米）的速度穿越太陽(yáng)外日冕層，是“移動(dòng)速度最快的人造物體”，相當(dāng)于從華盛頓起飛，不到1分鐘的時(shí)間里就能到達(dá)東京。

帕克探測(cè)器預(yù)計(jì)于2018年10月份抵達(dá)金星軌道，探測(cè)器將在11月初啟動(dòng)第一圈繞日飛行，地球上最快將于2018年12月收到第一批對(duì)日探測(cè)信息，帕克的第二圈飛行需要等到2019年5月，帕克探日任務(wù)預(yù)計(jì)2025年6月結(jié)束，在7年的逐日任務(wù)中，探測(cè)器將繞日飛行24圈。隨著帕克繞日飛行圈數(shù)增加，獲得的研究結(jié)果也會(huì)越多。

也許，經(jīng)過(guò)7年或要不了7年的探索，人們就會(huì)逐漸了解太陽(yáng)風(fēng)形成和日冕物質(zhì)拋射、太陽(yáng)風(fēng)中的粒子如何獲得加速度，以及為何日冕溫度遠(yuǎn)高于太陽(yáng)表面的溫度之謎。當(dāng)這些問(wèn)題有了答案之后，也就能幫助人們預(yù)測(cè)和防止太空風(fēng)暴干擾地球上的電網(wǎng)和通訊，以及預(yù)防太陽(yáng)風(fēng)暴導(dǎo)致危險(xiǎn)氣候等。

不過(guò)，此次帕克與太陽(yáng)約會(huì)之旅的最大意義在于，突破了過(guò)去天文學(xué)只靠遠(yuǎn)距離觀察天體和宇宙的局限，而是可以近距離用科學(xué)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)等實(shí)證研究。