今天，這位勇士將以極速觸吻太陽，圓個「追風夢」！

作者：鸑鷟鵷鶵

編輯：小柒

在炎炎夏日裡，人們都深切感受到了被太陽支配的恐懼。大家都在儘可能地躲「太陽」，待在空調房裡不願意出來。很難現象，如果我們更加靠近太陽，甚至去「觸摸」太陽，在、會是一種什麼樣的一種「讓人沸騰」的體驗……

而就在今天——2018年8月11日15:48（北京時間），有一位勇士站了出來，即將去感受太陽的炙烤。它就是一艘飛往太陽的探測器——帕克號。

帕克太陽探測器——輕觸太陽行動。圖片來源：parkersolarprobe

去吧，帕克號！去擁抱太陽！

帕克號探測器是NASA第一次使用在世的人物命名的探測器。它來源於一位長壽的天體物理學家尤金·帕克（Eugene Parker，1927-）。他提出了超音速太陽風理論，並預測出了帕克螺旋形的太陽磁場，對太陽、太陽風和太陽能量的理論做出了傑出貢獻。

天體物理學家尤金·帕克。圖片來源：wikipedia

由於太陽引力勢能的緣故，它以高速接近太陽時會被「甩遠」，因此，想要「觸吻」到太陽，它還需要「剎車減速」。為了達成「史上最靠近太陽」的成就，工程師們選用了項目成立時美國運載能力最強的德爾塔4重型火箭(後來被獵鷹重型打破記錄)來實現足夠的減速。

除了強有力的火箭，帕克號的一生中將進行7次金星飛掠，用引力彈弓的方式降低自己的速度和軌道，而當最靠近太陽的時候，帕克號也將成為有史以來速度最快的人造設備，預計其近日點時最快的速度將高達200km/s，相當於只用一秒鐘就可以從上海抵達杭州。

圖：帕克號飛向太陽的軌道（紅色），藍色為地球、金星、實行的軌道。來源：NASA

帕克號「就位後」，究竟會離太陽多近呢？我們先來看看之前衛星的表現吧！

在此之前，人類發射過8顆太陽探測器，但絕大多數的聚集在日地拉格朗日點L1附近。這個點比地球到太陽的距離只近150萬千米，在這個位置上，探測器只比地球離太陽近了1%。

當前距離太陽最近的一次探測是4600萬千米，由上個世紀70年代年發射的「太陽神」號雙子星探測器實現的，這個距離比日地距離的三分之一更近一點。

而這一次的帕克號，離太陽表面最近的距離將減小到620萬千米，是地球距離太陽最近距離的1/21，只有太陽半徑的9.86倍，甚至已經進入了太陽的最外層——日冕層的高度了。

日冕層是太陽的最外層，從太陽的色球層向外延伸數百萬千米。千萬不要以為太陽最外層相對涼爽一些——恰恰相反，太陽其實是一個外焦里嫩的大火球，離太陽中心很近的光球層，溫度只有5800℃左右，然而距離太陽中心幾百萬千米的日冕，溫度卻可以高達數百萬攝氏度。

幸運的是，日冕層相對稀薄，這樣極端的高溫僅僅集中在少數一些日冕層的高能粒子中。這才使得「帕克」號有可能安然無恙的穿梭於日冕層中，避免被烤焦的命運。

圖：帕克號「輕觸」太陽的假想圖。來源：NASA

如此「炙烤」，帕克號會被曬化嗎？

想和熾熱的太陽「親密接觸」，可不是件容易的事兒。 帕克號的「探日之旅」需要面對兩個前所未有的巨大挑戰：

首先是溫度的考驗

探測器並不畏懼嚴寒（已經有多艘探測器在零下200多度的宇宙深空中漂泊），卻難以承受酷暑。從能量轉換角度來解釋，物體可以輕易地把其他能量轉換成內能(比如發熱取暖)，卻難以把內能輕易地轉換為別的能量。而根據科學家們的事前推算和估計，在近日點的時候，探測器朝向太陽一側的外表面的溫度最高可達1400℃，即便像鋼和銅這些金屬在這一溫度下都會變得和水一樣柔弱。

因此，如何散熱和隔熱，是帕克號面臨的頭等考驗。這也是為什麼歷史上的金星著陸活動全部都十分短命的一個重要原因——金星的地表平均溫度僅僅是達到了462℃，探測器便難以長時間承受，所有最終登陸金星的探測器，都只能在地表苟延殘喘十餘分鐘。而帕克號所需要面對的，則是1400℃的炙烤。

帕克號所需要面對的是1400℃的炙烤。圖片來源：pixabay

為了保護帕克號，科學家們在它朝向太陽的一側使用了厚達11.4cm的碳基複合隔熱材料，還使用了加壓的高純凈水進行冷卻降溫——是的，你沒有看錯，用的是水。工程師們嘗試了各式各樣的不同液體，最終還是選擇了水。

我們在物理課上就學過，水的比熱容要遠遠大於其他液體，而加壓的水沸點會更高，因此相對於其他液體，加壓的高純凈水可以帶走更多的熱量。

此外，為防止帕克號被「烤熟」，它並不會長期待在特別接近太陽的位置，而是定期繞到大約在金星軌道的距離的位置。這樣的策略使得帕克號既可以「高溫作業」，又有機會避暑，可以說非常「人性化」了！

此外，「帕克」號還進行了很多細節上的優化——如使用了兩套不同的太陽能帆板進行切換，在距離太陽小於375萬千米的空間里，將使用帶冷卻系統的特製太陽能帆板。這些細節可以避免「帕克」號中的任何一個部位發生「中暑」。

其次是來自太陽的各類輻射

太陽的日冕層無時不刻都在「刮著」帶著高輻射的太陽風。帕克號將深入太陽風的發源地探訪太陽風的秘密，同時也將經受比之前所有的探測器更高能的輻射考驗。

地球上的我們，不用擔心太陽風的影響和危害——因為有地球磁場的保護，大多數吹向地球的太陽風或者其他高能粒子都被地球磁場帶歪了，很難到達地面。

圖：一些跑偏的高能粒子，會和高層大氣層摩擦，出現奇幻絢爛的極光。來源：NASA

而帕克號卻將會直接暴露在日冕層高能的太陽風之中，那裡的高能粒子的溫度可達幾百萬攝氏度，其聚集能量之大可想而知。這些輻射將有可能會對探測器的電路造成不可逆轉的損壞。

除了這些高能粒子，太陽還會時不時「鬧情緒」，產生日珥、太陽耀斑、日冕物質拋射等多種劇烈的能量爆發，這些爆發會在極短時間內釋放巨大的能量，產生比平時更劇烈的太陽風。這些太陽能量爆發的強度有時甚至會毀壞地球軌道上的衛星，以及地面的電子設備。

科學家們為此給帕克號使用了耐輻射等級更高的晶元，但它仍將面臨巨大的挑戰。

圖：帕克號探測器的科學儀器。來源：NASA

帕克的「追風之夢」

你或許會問，為什麼帕克號要如此費盡周折深入虎穴「太陽穴」呢？

長期以來，人們只能遠遠的看著太陽，觀察太陽上豐富的活動。但受限於距離過於遙遠，類似太陽日冕層的磁場分布，太陽風加速的方式等很多細節都無法獲知，因此產生很多困擾了科學家們多年的問題，為了解決這些謎團，就需要這樣一艘深入太陽「風口浪尖」的探測器。

帕克號就此挺身而出擔此重任，前往曾經難以接近的日冕層，幫助我們揭開更多「太陽未解之謎」。

「帕克」號此行懷抱四個「追風夢」：

1.探索太陽風源頭磁場的結構和動力學；

2.跟蹤加熱日冕和加速太陽風的能量源；

3.探索太陽風高能粒子加速和「起風」的方式；

4.探索太陽附近的等離子體灰塵現象及其對太陽風和高能粒子形成的影響；

這些目標中有一個非常重合的目標，那就是探測太陽風。太陽風起源於「帕克」號將要抵臨的日冕層，可謂是追隨太陽風的腳步，沿著起風的方向，一路回溯源頭，宛如一個探索起風奧秘的「追風少年」。

由於帕克號探測器的通訊技術也比以前的深空探測探測器技高一籌：它的回傳速率高達167kb/s，比大部分的深空探測器的回傳速率（1.67kb/s左右）快了近100倍！雖然這個速率完全不能和地球上的玩家媲美，但已經可以讓我們在能夠快速瀏覽1.4億千米外發來的照片。已經迫不及待，想要到它拍下的太陽「近照」了！

尾 聲

太陽無時不刻在影響著人類及我們賴以生存的地球，它不光給我們帶來光和熱，也可能帶來一些潛在的危害（如太陽磁場活動會干擾和破壞我們的通訊設備）。

太陽對我們的影響如此巨大，但我們對它的了解卻遠遠不夠。今天，就讓我們為帕克號餞行！期待它的勇往直前，為我們帶回更多太陽的奧秘。

排版：小爽

題圖來源：NASA

參考文獻：

1.Fox, N. J., Velli, M. C., Bale, S. D., Decker, R., Driesman, A., Howard, R. A., ... & Lockwood, M. K. (2016). The Solar Probe Plus mission: Humanity』s first visit to our star. Space Science Reviews, 204(1-4), 7-48.

2.https://en.wikipedia.org/wiki/Parker_Solar_Probe

3.https://www.nasa.gov/content/goddard/parker-solar-probe/

4.http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/The-Mission/Name-to-Sun/

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