帕克探測器將首次「觸碰」太陽，它一開始可不叫這個名

今年8月4日，帕克探測器將發射前往太陽。探測器將搭乘安裝有上級箭體的德爾他IV型重型火箭升空，隨後在9月底第一次飛掠金星，11月初首次從35.7倍太陽半徑之外與太陽系的中心恆星擦肩而過。在7年之後的第22次近日點飛掠期間，帕克將抵達目標軌道，在那裡把LWS計劃的最前哨部署到日冕之內，第一次實現與太陽接觸的亘古夢想。

與此同時，地面太陽觀測台站也在積極配合帕克探測器而作出相應的籌備，以圖在不久的將來協同開展天地聯測，並更好地解釋帕克傳回的數據。而在4月27日之前，項目組還組織了「簽名上太陽」在線活動，期間感興趣的公眾可以在線署名，最終這些姓名收錄在存儲卡內，由帕克探測器帶到太陽大氣的深處，一同見證這次空前的探險旅程。

圖片提供：NASA

既然身居太陽的勢力範圍之內，太陽系中的大小天體都無法擺脫這顆中央恆星的影響。太陽的引力將周邊天體束縛在各自的軌道上，它所發出的輻射又為行星和衛星提供了光和熱。

實際上，從某種意義上說，我們就是在太陽物質的包圍之中生活的——從太陽表面流出的等離子體流（太陽風）足足延伸到了上百天文單位之外甚至更遠處，一路塑造著空間天氣的變化起伏，同時也改變著浸沒其中的行星的周邊環境，常年盤旋在地球（以及其他行星）南北極上空、隨太陽活動而消長的極光就是最直觀的證據。

帕克的大背景

劇烈的太陽活動會引發惡劣的空間天氣現象，進而對電子電路、無線電傳輸以及航天活動帶來致命的影響。在日益依賴電力與自動化設備的當代社會，充分認識並預報這些現象的意義不言自明。

因此在21世紀伊始，NASA啟動了「與星同在」（Living With a Star，簡稱LWS）計劃，目的在於更好地了解我們身邊的這顆恆星，以及它的變化對地球產生的可能後果。至於具體的實施方法，自然就是派遣一系列的航天器飛抵日地系統中的不同位置，充當空間氣象觀測的前哨站——從記錄每一次太陽活動期間的影像，到測量太陽風以及地球磁層的各個物理參數，不一而足。

LWS計劃中第一顆上路的衛星SDO（圖片提供：NASA）

在LWS計劃中，第一顆上路的衛星是2010年服役的太陽動力學觀測台（SDO），它憑藉其大氣成像儀（AIA）、極紫外光變儀（EVE）以及日震學儀器兼磁像儀（HMI），不厭其煩地記下了無數太陽活動區和日面磁場結構，同時又用精細而絢爛的日面假彩色影像驚艷了無數世人。

太陽動力學觀測台拍攝的多波段假彩色太陽拼接圖。（圖片提供：NASA）

在SDO之後兩年半發射、以高偏心軌道環繞地球運行的兩架范艾倫探測器則在地球外圍含有大量高能粒子的輻射帶中反覆穿行，通過回答輻射帶粒子加速的問題，持續加深著人們對太陽風與近地太空環境相互作用的認識。稍後經歷過多次放飛的輻射帶相對論性電子損失氣球陣列（BARREL）則在地球大氣之內開展觀測，是范艾倫探測器的有力補充。

藝術家筆下在范艾倫輻射帶中穿梭的范艾倫探測器。（圖片提供：NASA）

LWS的重要組成部分還包括預計於2020年升空、近日點徑直探入水星軌道之內的太陽軌道器（SolO）。它將花費7年的時間來環繞太陽飛行，測量太陽風的性質，同時第一次直接拍攝地球上難以瞥見的太陽極區的影像。入軌之後，SolO想必會揭秘未知的新領域，進一步革新太陽物理學。

在日面前方飛行的太陽軌道器（藝術圖）。（圖片提供：航天器：ESA/ATG medialab；太陽：NASA/SDO/P. Testa, CfA）

帕克太陽探測器：潛入太陽的深層領地

但要論LWS計劃的最激動人心之處，莫過於整裝待發、即將在今年夏天踏上奔赴太陽之旅的帕克太陽探測器。這架原名太陽探測器+的航天器最大的亮點是「觸及太陽」，堪稱即將把上古神話天馬行空的幻想和當今太陽物理學家急迫的探索渴求變為現實的新時代伊卡魯斯——從與太陽的距離來看，絕大多數已有或即將發射的太陽觀測平台充其量只是混跡於太陽風中甚至是地球附近的外圍分子，帕克探測器卻是要扎紮實實地潛入日冕之中開展實地勘測。

它的最終軌道近日點距離太陽表面不到600萬千米，這個數字只是太陽半徑的不到9倍，已然算是太陽大氣的深層領地。作為比較，哪怕太陽軌道器的近日點距離也要7倍於此，其他同類衛星就更不用提了。

即將離開地球飛往太陽的帕克探測器藝術圖。（圖片提供：JHU/APL）

拋開神話中的憑空想像不談，為何要身臨其境地考察日冕？主要是因為這一區域對於認識太陽以及空間天氣的意義實在是太重大了。持續流出的緻密慢速太陽風成分與日冕相近，看上去源於日冕的赤道區域；據信來自光球層的高速太陽風也是從磁力線開放的冕洞中湧出的。

太陽活動的重要表現——耀斑在現象上主要表現為色球增亮，但根源實為日冕中的磁場變化；更且耀斑後往往伴有猛烈的日冕物質拋射（CME），當是影響空間天氣的重要因子。除此之外，日冕高達數百萬開爾文、遠遠超過下方光球或色球層的溫度從何而來，長期以來也一直困擾著太陽物理學家；雖然近來空間衛星的觀測將可能的原因歸結為種種磁場過程，但問題本身至今還沒能得到徹底的解決。

帕克探測器在太陽周邊的飛行路徑（淺藍色曲線），藍色圓盤大致表示太陽和日球層探測器大視場分光日冕儀的覆蓋範圍。（圖片來源：scitechdaily.com）

所以帕克探測器的使命就是扮演LWS計劃中深入太陽風源頭的關鍵角色，直溯將日冕加熱、吹出太陽風的能流，並勾勒出太陽風源頭處的等離子體和磁場形態，探索高能粒子加速和輸運的機理——這也是探測器去年秋天更名為帕克的原因。

（本文中標明來源的圖片均已獲得授權）

出品：科普中國

製作：Starfighter

監製：中國科學院計算機網路信息中心

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