人類首次近距離接觸太陽：帕克身負防熱「盾牌」首次直接飛入日冕！

原標題：人類首次近距離接觸太陽：帕克身負防熱「盾牌」首次直接飛入日冕！

作者 / 錢航

中國科學院國家空間科學中心博士，現中國運載火箭技術研究院總體設計部型號設計師；

審稿/丁溯泉

曾任北京跟蹤與通信技術研究所工程師、中國載人航天工程辦公室高級工程師，現任北京天問空間科技有限公司總經理

地球上生物的生長發育都離不開太陽，食物鏈的源頭是植物，有了太陽光，地球上的植物才能進行光合作用合成有機物，為人和動物提供了充足的食物和氧氣。太陽對於我們如此重要，我們對它的了解卻微乎其微。

目前，我們主要是憑藉太陽望遠鏡在地球上從去了解太陽，而太陽內部究竟是怎樣的運作機制，此前很難通過近距離的探測進行研究。科學家們也只能通過日震學和光譜分析等方式進行解讀，然而那個球體是如此巨大，內部之複雜幾乎讓人摸不著頭緒，因而至今也沒有清晰準確的太陽模型和運作機制。

太陽——太陽系裡唯一的恆星其溫度由內向外變高

太陽如同神靈一般主宰著太陽系。它是太陽系裡唯一的恆星，是太陽系的中心天體。太陽系中的八大行星、小行星、流星、彗星、外海王星天體以及星際塵埃等，都圍繞著太陽運行即公轉，並從它那裡獲得光和熱。

太陽非常大，直徑大約是139萬公里，相當於地球直徑的109倍；體積大約是地球的130萬倍。從化學組成來看，現在太陽質量的大約四分之三是氫，剩下的幾乎都是氦，包括氧、碳、氖、鐵和其他的重元素質量少於2%，採用核聚變的方式向太空釋放光和熱。

太陽從中心向外可分為核反應區、輻射區、對流層和大氣層。由於太陽外層氣體的透明度極差，人類能夠直接觀測到的是太陽大氣層，從內向外分為光球、色球和日冕3層。光球表面另一種著名的活動現象便是太陽黑子。黑子是光球層上的巨大氣流旋渦，大多呈現近橢圓形，在明亮的光球背景反襯下顯得比較黑暗，但實際上它們的溫度高達4000攝氏度左右，倘若能把黑子單獨取出，一個大黑子便可以發出相當於滿月的光芒。緊貼光球以上的一層大氣稱為色球層，平時不易被觀測到，過去這一區域只是在日全食時才能被看到。日常生活中，一般離熱源越遠處溫度越低，而太陽大氣的情況卻截然相反，光球頂部接近色球處的溫度差不多是4300攝氏度，到了色球頂部溫度竟高達幾萬攝氏度，再往上，到了日冕區溫度陡然升至上百萬攝氏度。人們對這種反常增溫現象感到疑惑不解，至今也沒有找到確切的原因。

圖註：太陽結構

帕克——身負防熱「盾牌」第一個飛入日冕的探測器，比以往任何一個航天器都更接近太陽

自60年代以來， 世界各國發射了許多太陽探測器，如前蘇聯的質子號、宇宙號衛星，美國的太陽神號、先驅者號、旅行者號探測器等，都肩負觀測太陽的使命。1990年10月6日， 美國發現號太空梭將尤利西斯號太陽探測器送入太空，把對太陽的探測活動推向一個新的階段。通過研究「尤利西斯」號發回的數據，研究人員大大擴展了對由帶電粒子組成的太陽風的認識。

圖片來源：NASA官網

美國宇航局（NASA）2017年5月31日在芝加哥大學威廉?埃克哈特研究中心宣布，將於2018年8月發射一個高約3米、身穿12厘米厚碳複合保護罩的太陽探測器——帕克太陽探測器。不同於歷史上的任何航天器，它將直接飛入太陽外層大氣層日冕所在軌道上，探索和觀測太陽外部，了解太陽風。它可承受高達1400攝氏度的熾熱和輻射，這個溫度鋼鐵都要快融化了。它在最靠近太陽的地方（距離太陽表面僅616萬公里）會以每小時72萬公里的速度飛行，這將是人類探測器首次如此近距離接近太陽。

根據最近一次日程調整，帕克探測器預計會在8月11日發射。這將是一個歷史性的任務，是人類探測器有史以來首次進入太陽的大氣層（或日冕），比以往任何一個航天器都更接近太陽。該探測器大概需要近7年時間，經過七次金星借力飛行才能抵達最後的軌道。

帕克探測器的主要科學目標是了解太陽風如何加速，以及日冕極端高溫的原因。這些都是很重要的科學和太空探測問題。太陽會周期性地產生耀斑，並伴隨著日冕物質拋射事件，此時太陽表面會釋放大量物質和電磁輻射進入太空，危險的帶電粒子可能會在整個太陽系產生影響。

帕克探測器能夠如此近距離探測太陽，歸功於它的高超熱防護功能。防護罩位於用鈦框架構造的大型散熱器的頂部。在航天器飛往太陽表面的過程中，這種結構使太空船的有效載荷始終保持在陰涼黑暗的陰影中。實際上，設計這艘飛船的科學家和工程師更關心的是，航天器上的科學儀器和設備在任務期間會凍結而不是融化。為了避免這種情況，這些儀器和設備的外部都用熱毯包裹，並與單獨的太陽能加熱器配對。這些儀器保持在約28攝氏度的舒適溫度。

圖片來源：JHU APL

NASA第一次以健在人物命名航天器

帕克太陽探測器用以紀念太陽風科學的先驅、芝加哥大學名譽教授、天文學家尤金？帕克，這是NASA第一次以健在人物命名航天器。1958年帕克發表了一篇論文，叫做《行星際氣體和磁場的動力學》。講的是超聲速太陽風理論，挑戰了當時國際上的權威觀點。但他始終堅持自己的理論，後來藉助1962年成功進行的金星探測任務：水手2號採集到的數據，他的理論最終被證實是正確的。

NASA指出，近距離探測太陽，將回答一些長期以來困擾著天文學家的難題，有助於揭示太陽的運行機制，了解太陽與行星、地球的關係，提高人類預測太空天氣的能力，改善會影響地球生命的主要天氣事件的應對能力，以及協助太空衛星和航天員的觀測。

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