這個離太陽最近的人類探測器，為什麼沒有被燒壞？
美國航空航天局迎來航天工程和宇宙科學研究的一件大事——「帕克太陽探測器」的發射。帕克太陽探測器是NASA第一次以健在人物命名的航天器，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。
藝術圖：靠近太陽的帕克太陽探測器
為何叫「帕克太陽探測器」？
帕克首次預言太陽風
探測器任務是追蹤太陽風
尤金?帕克在1958年就預言了太陽風的存在並提出了相關理論，後來的觀測也證實了他的推斷。
這次「帕克太陽探測器」的任務是追蹤加熱和加速太陽日冕和太陽風的能量流動，研究太陽風源的等離子體和磁場的結構及其動力學特徵，探索高能粒子的加速和運動機制，因此作為一顆太陽風特徵的探測器，以尤金?帕克教授的名字命名是再合適不過了。
太陽風研究的權威科學家尤金?帕克
最靠近太陽的人類探測器
將繞行太陽24圈
為了達到探測目的，帕克太陽探測器將直接飛入太陽外層大氣層日冕所在軌道上，距離太陽表面最近時僅相距約616萬公里。它按照計劃在2018年8月初發射，發射93天後，預計就將到達距離太陽0.16個AU（地球到太陽的距離稱為「天文單位」，英文為Astronomical Unit，縮寫為AU），即35.7個太陽半徑處；藉助金星的引力改變軌道，在88-168天內到達距離太陽0.0459個AU、即9.86個太陽半徑的位置，這將是人類探測器靠近太陽最近的時候；預計在2018-2025年期間，它將在距離太陽不超過0.25個AU的範圍內繞行太陽24圈。
帕克太陽探測器
會不會被燒壞？
預計在2018-2025年期間，帕克太陽探測器將在距離太陽1/4的日地距離以內繞行太陽24圈，多次經過離太陽很近的地方。太陽可以說是熾熱無比，太陽表面的溫度約為6000度，而太陽高層大氣（也就是日冕）的溫度更是可以達到上百萬度。那麼，帕克太陽探測器在離太陽很近的時候不會燒壞嗎？
上百萬度可不是金屬能堅持的溫度。不過，在說到帕克太陽探測器在設計上的應對之前，首先要區分熱與溫度：一個物體（日冕）高的溫度並不總是轉化為對另一物體（探測器）實際的加熱。
在空間中，溫度可以在達到幾千度的同時卻又不給其他物體提供顯著的熱量，換言之，身處其中我們不覺得熱。為什麼？溫度其實是衡量構成物質的微粒的運動速度，而熱量衡量的是物質間傳遞的能量總量。粒子可能移動得很快（高溫度），但是如果數量極少的話，它們就不會傳遞大量的能量（低熱量）。由於宇宙空間大多是空的，像是日冕這樣的地方其實物質密度極低，所以其實很少有粒子能夠將能量傳遞給航天器。
太陽大氣不同區域的溫度，藍色的Corona指的就是日冕，溫度可達上百萬卡爾文溫度（與攝氏度相差273度）
故而，帕克太陽探測器將穿越一個溫度達幾百萬度的空間（上圖中的Corona區域，也就是日冕），但其面向太陽的隔熱屏表面只能被加熱到約1400攝氏度（因為美國使用華氏溫度，美國科學家們估算和設計的是華氏2500度）。
儘管如此，1400攝氏度依然是很高的溫度（火山噴發的岩漿溫度大概是700-1200攝氏度）。因此，帕克太陽探測器面向太陽的一側設計了一個熱防護罩，是厚度為11.43厘米的碳複合防護層，上面塗有白色陶瓷層。外部的白色塗層可以使探測器儘可能多地把陽光反射回去。在最接近太陽表面的情況下，外層確實將面臨1400攝氏度的溫度；但與此同時，防護層底面的溫度將維持在315-371攝氏度。
工作人員安裝熱防護罩
這個熱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。
為這些儀器以及探測器上的其他電子設備供電的太陽能電池板都被安裝在從散熱器下方伸出的翼狀襟翼。這些陣列經過專門設計以處理太陽的熱量，並配備有自己的冷卻系統。
帕克太陽探測器設計外觀，正面白色的板子就是熱防護罩
帕克太陽探測器
會不會一頭栽進太陽里？
以著名科學家尤金?帕克（EugeneParker）命名的「帕克太陽探測器」將是人類探測器首次以如此近的距離接觸太陽，距離太陽表面最近時僅相距約616萬公里。帕克太陽探測器利用了多項技術來力圖使自己不被太陽的高溫燒壞。
實拍的帕克太陽探測器外觀（圖：NASA）
相比航天器克服地球引力飛出地球，其實身處於太陽系之內的航天器們要飛向太陽是比較節約燃料的——就好像石頭扔上天，掉下來的時候速度越來越快，航天器往太陽的方向進發，是在太陽引力下越來越快的。這時候我們需要做的是調節它的速度大小和方向，使它最後以一定的速度圍繞太陽飛行達到平衡，避免它一頭栽進太陽大氣出不來。所以，帕克太陽探測器要以什麼樣的軌跡飛近太陽呢？
下圖這張動圖揭示了帕克太陽探測器所設計的一步步靠近太陽的軌道。這張圖上的時間（2018年8月7日至2025年8月29日）是之前設計的，最新的飛行時間表各個時間節點又有調整。圖中裡邊的翠綠色圈是水星軌道，中間的青色圈是金星軌道，最外邊的藍色圈是地球軌道。離開地球之後，帕克太陽探測器以螺旋線靠近太陽，在太陽附近達到近日點後繞回來，在大約七年的時間裡，它將環繞太陽24次，並有7次機會飛越金星，也就是說會距離金星非常近，此時它會藉助金星引力來對速度方向和大小進行調整，從而對軌道進行調整。
動圖：帕克太陽探測器自2018年8月7日至2025年8月29日的軌跡
上面的動圖主要給出了大致的軌跡流程，下圖這張是現在NASA網站上給出的完整的軌道圖，適合大家查看（最近NASA對發射時間進行了多次調整，有8月4日、6日、7日、11日發射的不同的圖，有時日程表更新了，圖還沒更新，最新這張圖沒有包含日期）。按照流程，帕克太陽探測器今年大約8月初發射以後，約9月底第一次飛越金星，在11月初第一次抵達近日點，距離太陽35.7倍太陽半徑，隨後圓周運動飛回，每次飛越金星都利用金星引力進行速度調整，從而逐步降低近日點距離太陽的距離。
帕克太陽探測器軌道示意圖
下表是比較直觀的時間表推測，該表是依據一個月前探測器在8月4日發射的日程計劃製作的，但在7月22日NASA宣布進一步延期到8月6日發射，並在最近一周改成8月11日發射，故而更精準的時間點參考官方網站。表中Perihelion表示近日點，flyby of Venus表示飛越金星，序號代表第幾次，表中給出了帕克太陽探測器每次經過這些位置的推斷日期，黃色的格子給出的日期是探測器最接近太陽的推斷日期。
帕克太陽探測器經過特定位置的推斷日期（8月4日發射版本）
整合自國家空間科學中心
