“帕克”奔日，能解开哪些谜题

周舟

万物生长靠太阳，但太阳是我们“最熟悉的陌生人”，对这颗人类赖以生存的大火球，我们还有太多的问题没有弄明白。

2018年8月12日，美国“帕克”太阳探测器从佛罗里达州启程，踏上人类历史上第一次近距离“触摸”太阳的逐日之旅。那么，它如何接近太阳？有什么“防烤化”的高招？又会带来哪些新发现呢？

史上最靠近太阳的航天器

首先从“帕克”自身谈起。这个探测器重约635千克，大小如同一辆小汽车。因为接近太阳需要巨大的能量，所以“帕克”使用了当前世界上推力最大的火箭之一“德尔塔4”发射，所用发射能量是前往火星的55倍，比前往位于太阳系边缘的冥王星也多出一倍。

升空后，“帕克”将越飞越快，打破人造物体的飞行速度纪录——在最接近太阳时，一小时能飞70万千米。按这种速度，只要一分钟就能从华盛顿飞到北京。不过，要接近太阳，还必须借助行星的引力踩“刹车”减速。这个行星，就是金星。“帕克”将7次近距离飞掠金星，利用其引力调整轨道并降低速度，从而逐渐靠近太阳。

按计划，“帕克”将于9月底第一次掠过金星，然后于11月首次抵达近日点。美国航天局说，这时“帕克”距太阳只有36个太阳半径的距离——约2500万千米，将成为史上最靠近太阳的航天器。

“帕克”的预定工作寿命为7年，其间将环绕太阳飞行24圈，最终将飞至距太阳表面约610万千米的最近点，只有不到10个太阳半径的距离。这意味着探测器进入了日冕层。日冕是太阳大气层的最外层，在这里，带电粒子被加速到超音速并飞离太阳，形成了可能危害地球的太阳风。

构成太阳风的带电粒子与太阳表面之间相隔一段距离，这一间距的上层边界被称为“阿尔芬点”。“阿尔芬点”距太阳表面有数十个太阳半径的距离，此前尚未有航天器能直接观测“阿尔芬点”之内的情况。“帕克”项目的科学家、美国亚利桑那大学助理教授克里斯托弗·克莱因在一份声明中说：“如果‘帕克进入了‘阿尔芬点之内，我们就可以说它进入太阳大气层并‘触摸到太阳了。”

此前，最接近太阳的人类探测器是德美两国共同研制的“太阳神2号”，它曾于1976年飞至距太阳表面约4300万千米的地方，约是计划中“帕克”与太阳表面最近距离的7倍。

酷热高温都不怕

太阳表面温度约为6000摄氏度，而位于太阳大气层最外层的日冕温度高达上百万摄氏度，“帕克”如何耐受得住太阳之火而不被烧化呢？

美國航天局说，尽管日冕温度高得惊人，但因为物质密度低，可导热粒子稀少，对航天器的影响实际上并没有想象中那么大——这就好像手在热烤箱里能比在热水里坚持更长时间。按照他们的计算，“帕克”进入日冕后，面向太阳的那一面仅会被加热到约1400摄氏度，尽管这个温度也足以让铁熔化。

更重要的是，“帕克”面向太阳的一面装有厚约11.4厘米的防热罩，由轻质碳复合泡沫制成，表面涂有白色陶瓷涂料，可反射尽可能多的阳光，使探测器内部的温度维持在30摄氏度左右。几十年前，美国航天局就有探测日冕的计划，但直到最近材料科学取得进展，研制出了这种防热罩，计划才得以真正实施。

“帕克”探测器上也有设备没有躲在防热罩下，其中一个是被称为“法拉第杯”的传感器，用来测量太阳风中离子和电子的相关数据。“法拉第杯”使用钼合金制成，其熔点高达2349摄氏度，而为它产生电场的芯片由钨制成，熔点高达3422摄氏度。

另外，设计人员采用金属铌制造电线，并用蓝宝石晶管来隔热，防止电线被烤化。

“帕克”探测器上还有多个高温保护装置。比如，研究人员在防热罩阴影的边缘安装了多个传感器，一旦某个传感器探测到阳光，便会通知中央电脑，“帕克”探测器随即自动纠正姿态，确保内部仪器安全。

四大仪器解谜题

人类费尽心机探测太阳，并非只是满足“奔日”梦想，我们对太阳的了解还远远不够，其中一个主要的未知领域是日冕物质抛射和太阳风形成等太阳活动。比如，科学家尚不清楚太阳风中的粒子是如何获得加速度的。另外，日冕温度为何远高于太阳表面，这也是一个谜。

为了回答这些问题，“帕克”探测器搭载了四大仪器，分别是测量日冕电场和磁场的FIELDS，记录太阳风中粒子速度、密度和温度等数据的SWEAP，直接给太阳日冕拍照的WISPR，以及测量粒子能量及种类的ISIS。

美国航天局说，“帕克”探测器将在日冕层展开近距离观测，希望能“革命性改变对太阳的认识”。同时，这项任务也将增进人类对其他恒星的认识，并有助于更准确地预报重大空间天气事件，从而更好地保护人造卫星、宇航员以及地球上的电网和飞行器等。

“帕克”探测器以曾提出太阳风存在的美国物理学家尤金·帕克的名字命名。看着“帕克”升入云霄，这位91岁的老人在美国航天局电视直播中说：“我想说，哇，开始啦，接下来的几年我们将会学到一些新东西！”