「戴」著遮陽帽 飛去「摸」太陽
帕克太陽探測器在8月12日發射升空，這項任務將7次飛掠金星，並利用金星的重力來減速，最終飛抵距離太陽約600多萬公里的地方。整個探測任務將持續7年，並繞行太陽24圈。探測器將於今年11月第一次抵達近日點，並從12月開始傳回相關數據。
當地時間8月12日，德爾塔4重型火箭運載帕克太陽探測器發射升空。帕克太陽探測器的目的是實現一項史無前例的壯舉——近距離「觸摸太陽」，它離太陽最近處只有600萬公里。
這次「觸摸太陽」之旅試圖確定太陽風源的磁場結構和動力學，並追蹤加熱日冕和加速太陽風的能量流。也許，在2025年「帕克」完成使命後，人類對於太陽將有新的認識。
南方日報駐京記者 王詩堃
策劃統籌：李江萍
「火中取栗」
荷蘭代爾夫特理工大學航天學博士毛新願用「火中取栗」來形容帕克探測器的旅行，「帕克太陽探測器將實現人造物體第一次穿過太陽外層大氣層日冕，距離太陽表面僅約600萬千米。」毛新願說。
這個距離有多近？毛新願對記者打了個比方：如果太陽是一處篝火，地球和太陽的距離是1米，水星距離是40厘米，那麼帕克距離篝火就是4厘米。「太陽本質上是一個巨大的氣團，它們被引力束縛在一起成為一個球型的發光等離子體。它表面並不像地球一樣擁有一個堅實的外殼，也不可能實現真正的『著陸』。」
帕克探測器在飛臨太陽之時，要面對比地球附近強520倍的太陽輻射，在沒有保護的情況下溫度高至將近1400℃。為此，科學家研製了一個直徑2.4米、厚12厘米、重73千克的碳複合材料防熱罩（TPS）。「這就是太空梭曾經使用的材料，當年太空梭在返回地球的時候，溫度也可以燒到1700多℃。」毛新願說。
毛新願介紹，這一層保護罩將會隔絕絕大部分熱量，同時周邊布滿感測器，以防稍有姿態變化時太陽輻射直抵探測器內部。因而帕克探測器的姿態控制精度要求極高，考慮到地球距離太陽的雙向通信時間至少為17分鐘、且太陽輻射對信號傳遞干擾極大，這意味著探測器必須具備超強的自動姿態控制能力。
光靠隔熱降溫還不夠，帕克攜帶的特製儀器，還需要降溫到不超過160℃。科學家設計了一套高壓水冷系統——用的是純水。這種完全濾掉離子、空氣的純水在高壓下，沸點在100℃以上，可以滿足任務的需求。工作狀態下這種純水在各個儀器間循環和散熱，給儀器們降溫冷卻到20℃左右。
帕克探測器的能量來源於太陽電池翼。太陽電池翼可以收縮擴展，並裝有冷卻系統。在每次接近太陽的過程中，當陽光過強時，太陽能電池翼都收縮到防熱罩之內。
借金星引力做跳板
毛新願介紹，飛向太陽過程中，由於太陽引力的巨大作用，距離太陽越近引力加速導致飛行速度越快。這就產生了一個問題：飛向太陽的航天器根本「停不下來」，可能直接撞向了太陽而損毀。
為了避免這種情況，科學家給出的解決方案是利用金星「剎車」：帕克太陽探測器升空後駛向金星，以便通過金星的引力作用改變探測器的速度和軌道。在約7年的飛行時間裡，它將7次飛掠金星，目的是通過引力跳板的作用逐漸縮短圍繞太陽旋轉的軌道半徑和速度。
也就是說，探測器每次通過金星時，都利用金星的引力來改變探測器軌道形狀，讓飛行路線彎曲，從而使帕克太陽探測器軌道逐漸深入到太陽的大氣層內，最終在距離太陽表面約600萬千米（處於日冕的範圍之內）的位置飛行。每次靠近太陽時，帕克太陽探測器都會採集太陽風樣本，研究日冕，同時對太陽及周邊區域進行前所未有的近距離觀測。
帕克太陽探測器將繞太陽運行24圈，即有24次飛至近日點穿過日冕，而且越來越近飛至太陽，對太陽進行近距離深入探測，觀測日冕如何升溫，太陽風從何處開始加速，也同時了解太陽與行星、地球的關係。
還有一個值得關注的問題是，在日冕中進行科學探測時，帕克太陽探測器是無法向地球傳回信息的。毛新願介紹，帕克的軌道是橢圓形，近日點距離太陽約600萬千米，遠日點在金星軌道附近。在太陽附近觀測到的數據，需要先儲存起來，等到飛到太陽影響比較小的區域，才把數據全部發回地球。
毛新願還提到，由於最靠近太陽，帕克探測器也因此將成為人類歷史上最快的飛行器，最高達到200千米/秒，遠遠超過曾經的記錄保持者——太陽神2號太陽探測器70千米/秒。
按計劃，帕克探測器的使命將於2025年6月結束，之後它可能會沖入太陽焚毀。
探測器要研究什麼?
「很難準確地說太陽的邊界在哪裡。當然是離得越近，能看到的細節越多。帕克探測器飛過去之後，就可以探測到這些高能粒子、磁場、等離子體等等。」毛新願說。
據了解，科學家試圖通過帕克太陽探測器回答3個問題：一是通過追蹤促使日冕和太陽風升溫和加速的能量流，弄清楚為什麼太陽表面（光球層）的溫度比太陽的大氣層（日冕）的溫度低很多；二是通過確定作為太陽風能量來源的等離子體和磁場的結構和動態，弄清楚影響地球和太陽系的太陽風（太陽向外發出的物質流）是如何形成的，怎樣獲得速度；三是通過探索高能粒子的加速和運輸機制，弄清楚為什麼太陽有時候會釋放出高能粒子，這些高能粒子對於無保護的航天員和航天器來說是一個威脅。
哈爾濱工業大學（深圳）博士後李會超撰文指出，帕克太陽探測器將深入到日冕中，在日冕加熱和太陽風加速真正發生的地方，通過其搭載的SWEAP儀器（太陽風電子—質子—α粒子探測器）和FIELD儀器（電磁場探測儀）獲取等離子體和磁場的實測數據。同時，「帕克」運行在太陽附近時，有一段時間繞日的角速度剛好和太陽自轉的角速度相同。這使得它幾乎可以觀測同一位置的太陽風流隨日心距離而發生的性質變化。這些觀測都將為科學家們最終揭開日冕加熱和太陽風加速之謎提供證據。
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