人类将“触摸太阳”

□黑布林

我们曾在今年2月号的杂志上讲过太阳耀斑的秘密，没过几个月，人类探测器真的要飞到太阳身边去探秘了。11月1日，人类首个正式探访恒星的人造物体——由美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制的“帕克”太阳探测器经过漫长的跋涉，通过严酷的高温和辐射考验，第一次抵达距离太阳2480万千米的近日点，开始对这个太阳系光和热的制造者进行全方位观测。最快在12月，人类将收到从太阳身边发来的第一批信息。这是有史以来人类距离太阳最近的距离，此后，这个记录将不断由“帕克”探测器打破。到2025年6月24日，它将进入距离太阳表面仅616万公里的炽热太阳大气层，探知到太阳深处的秘密。假设太阳和地球的距离是1米，到那时，“太阳触摸者”与太阳表面的距离仅相当于4厘米！

最快的飞行器和最耐热的“触摸者”

轰隆隆隆……伴随着巨大的轰鸣和冲天的火光，今年8月12日，北京时间下午15点31分，美国卡纳维拉尔角空军基地，硕大无比的“德尔塔四号”重型运载火箭搭载着高3米，重646千克的“帕克”太阳探测器奔向太空。飞行43分钟后，“帕克”探测器顺利进入前往太阳的轨道，开始了为期7年的太阳外层大气探索之旅。

“帕克”太阳探测器飞近太阳时，其太阳能电池翼将收入防热罩的阴影内。

太阳距离地球约1.5亿千米；太阳直径约139.2万千米，是地球直径的109倍，体积约为地球的130万倍，这还只是太阳内部的光球层大小，不包括外部大得多的色球层和日冕。这个“光明中心”实在是太大、太远了，要到它的身边，只能加速、不断加速。耗资15亿美元、具备高度“智慧”的太阳探秘者，在通向太阳的遥远旅程中以惊人的速度飞行，很快，达到每小时69万千米的速度。放在地球表面，这个速度相当于从美国华盛顿出发，嗖……不到 1分钟就抵达日本东京！“狂奔”到近日点后，“帕克”探测器每88天绕太阳一圈，最终飞行速度将达到每秒200千米，将成为世界上“移动速度最快的人造物体”。

“德尔塔四号”重型运载火箭搭载“帕克”太阳探测器升空。

我们都知道，太阳是个灼热的大火球，它用核聚变的方式向太空释放着光和热，在最热的日冕区，也就是“帕克”探测器将要24次穿越、探测的地方，温度高达上百万摄氏度，那里还有是地球风速上万倍的太阳风暴形成的带电粒子流。“帕克”要在这样严酷的高温和辐射环境中飞行、工作，不能不说是人类太空探索史上的一座里程碑。

那么，这位了不起的“触摸者”是如何抵御太阳高温的呢？要解答这个问题，首先需要分清“热量”和“温度”这两个不同的概念。虽然日冕层内温度超过100万摄氏度，但是其中的高温等离子体的密度比较稀疏，探测器接受到的热量是可控的。这有点像把手伸进烤箱，虽然烤箱内部温度高达一百多摄氏度，但是只要不接触烤箱壁，手的温度就不可能变成一百多摄氏度（这样做很危险，同学们可千万不要去尝试哦）。

据计算，探测器进入日冕层后外表会被加热到1400摄氏度左右，为此，科学家为帕克探测器配备了直径2.3米、厚11.43厘米的碳复合材料保护罩，它能承受约1650摄氏度的温度，探测器在其保护之下可保持约29摄氏度的凉爽。

而不得不在防热罩之外运作的设备，研发团队用钛锆钼合金打造，熔点高达2349摄氏度；在会暴露在太阳强光下的太阳能电池上，也布置了高效率的冷却系统；另外，防热罩的阴影边缘配备7个传感器，自动校准探测器的路线和朝向，确保探测设备全程受到防热罩的庇护。

整装待发的“帕克”探测器，任务标识上写着“A Mission to Touch the Sun（一项触摸太阳的任务）”。

谜团将被解开

太阳可是人类生存的依靠，也是人类唯一能接近的恒星。由于太阳外层气体的透明度极差，人类能够直接观测到的是太阳大气层，从内向外分为光球、色球和日冕三层。可是，由于不能抵近观测，太阳仍有不少未解之谜。

这些谜团里，最主要的是日冕之谜和太阳风之谜。先说说日冕，日冕是太阳大气层的外部，其温度可以达到100万至200万摄氏度。这是个有违常识的奇特现象，人们总认为太阳的温度来自核心，离太阳表面越远时，温度应该越低，但事实却正好相反，太阳大气层底部的光球层温度只有大约5500摄氏度。

困扰科学家的另一个谜团是太阳风。所谓太阳风就是从太阳上层大气向整个太阳系不断射出的超声速等离子体带电粒子流，它的时速可以达到每小时数百万千米。当太阳风猛烈袭击地球时，会产生美丽的极光，但同时也会干扰卫星通信和导航系统。然而令人惊奇的是，在靠近太阳表面的地方，却并没有任何明显的强风存在，但当太阳风抵达太阳系行星时，却变成了真正的“狂风”，是地球风速的上万倍。那么，在太阳和行星之间究竟是什么因素使得太阳风有那么高的速度呢？

另外，了解太阳高能粒子加速行进的机制也是“帕克”的任务之一。太阳高能粒子产生于太阳耀斑和日冕物质抛射，其速度可以达到光速的一半。它不仅会对人造卫星的电子设备产生干扰和损害，其辐射还会危及宇航员的生命安全。据推测，在太阳风暴所产生的最危险粒子中，有许多是从日冕内获得能量，而这里正是“帕克”太阳探测器所处的地方。

“帕克”探测器携带了四组仪器，可测量电场、磁场，探测太阳风的成分，并拍摄日冕图景。在此次历险中，它将24次穿过日冕，而且飞得离太阳越来越近，对太阳进行近距离深入探测，其结果将解答众多困扰科学家已久的疑问，预测影响地球的重大空间天气事件，保护地球生命安全。

集中“火力”探测

“帕克”太阳探测器是目前最先进的太阳探测器，但人类探测太阳的脚步早已迈出，未来还有更宏伟的蓝图。

从1962年3月美国发射世界首颗太阳观测卫星——轨道太阳观测台一号以来，美国、欧洲、日本相继发射了数十颗太阳观测卫星，太阳之谜被一点点揭开。

在已发射过的太阳探测器中，最著名的要算1990年升空的“尤利西斯”极区太阳探测器。它由美国与欧洲联合研制，是人类首个有能力对太阳几乎所有纬度进行观测的探测器。2006年10月25日，美国发射了世界第一对“孪生”太阳观测卫星——“日地关系观测台”。它们如同人的双眼一样“注视”太阳，首次为人类展示太阳黑子爆发时的全景三维图像。2010年2月9日，美国“太阳动力学观测台”卫星升空，其太阳图像分辨率比以往的太阳观测卫星提高了10倍，能更准确、更及时地预测空间天气。

明年，以欧洲航天局为主研制的“太阳轨道器”将发射，将在距太阳约4200万千米的范围内活动，成为首个能直接为太阳两极拍照的探测器。它将和“帕克”探测器协同工作，揭开太阳风的“庐山真面目”。同时，印度和俄罗斯也将发射新一代太阳观测卫星。

我国将在“十三五”期间发射“先进天基太阳天文台”，它运行于太阳同步轨道，能同时观测太阳耀斑和日冕物质抛射。日食是因为月亮遮挡太阳而形成，是科学家观测日冕的绝佳机会，但这样的时机稍纵即逝。由日食的机制，中国科学院国家空间科学中心的科学家想到了深入地球的阴影里，去观测太阳的特别办法——“地掩天蚀”观测设想：在距离地球约140万公里处，太阳、地球、望远镜三者的相对位置保持不变，且地球能恰好完全遮挡太阳，在这个位置对日冕发出的光线进行观测，揭开太阳的秘密。