人類首個“觸日”探測器升空 開啓史上最“熱”太空任務_風聞

萬物生長靠太陽，但太陽是我們“最熟悉的陌生人”，對這顆人類賴以生存的大火球，還有太多的問題沒有弄明白。

8月12日，美國“帕克”太陽探測器從佛羅里達州啓程，踏上人類歷史上第一次近距離“觸摸”太陽的逐日之旅。那麼，它如何接近太陽？有什麼“防烤化”高招?又會帶來哪些新發現呢？

最快最近首“觸日”

首先從“帕克”自身談起，這個探測器重約635千克，大小如同一輛小汽車。美國航天局指出，這個探測器“相對較輕”，因為接近太陽需要巨大的能量。“帕克”使用當前世界上推力最大火箭之一“德爾塔4”發射，所用發射能量是前往火星的55倍，比前往位於太陽系邊緣的冥王星也多出一倍。

上天后，“帕克”將越飛越快，打破人造物體的飛行速度紀錄——在最接近太陽時，一小時就能飛70萬千米。按這種速度，只要一分鐘就能從華盛頓飛到北京。不過，要接近太陽，還必須藉助行星的引力踩“剎車”減速。這個行星，就是金星。“帕克”將7次近距離飛掠金星，利用其引力調整軌道並降低速度，從而逐漸靠近太陽。

按計劃，“帕克”將於9月底第一次掠過金星，然後於11月首次抵達近日點。美國航天局説，這時“帕克”距太陽只有36個太陽半徑的距離，約2500萬千米，其實已經成為史上最靠近太陽的航天器。

“帕克”預定工作壽命7年，其間將環繞太陽24圈，最終將飛至距太陽表面約610萬千米的最近點，只有不到10個太陽半徑的距離。這意味着探測器進入了日冕層內。日冕是太陽大氣的最外層，在這裏，帶電粒子被加速到超音速並飛離太陽，形成了可能危害地球的太陽風。

（太陽風吹向火星藝術效果圖。圖片來源：NASA）

構成太陽風的帶電粒子與太陽表面之間相隔一段距離，這一間距的上層邊界被稱為“阿爾芬點”。“阿爾芬點”距太陽表面數十個太陽半徑，此前尚未有航天器能直接觀測“阿爾芬點”之下的情況。“帕克”項目科學家、美國亞利桑那大學助理教授克里斯托弗·克萊因在一份聲明中説：“如果‘帕克’進入了‘阿爾芬點’之下，我們就可以説它進入太陽大氣層並‘觸摸’到太陽了。”

此前，最接近太陽的人類探測器是德美兩國共同研製的“太陽神2號”，它曾於1976年飛至距太陽表面約4300萬千米的地方，是計劃中“帕克”與太陽表面最近距離的約7倍。

酷熱高温都不怕

太陽表面温度約6000攝氏度，而位於太陽大氣最外層的日冕可達上百萬攝氏度，“帕克”如何耐受得住太陽之火而不被燒化呢?

美國航天局説，儘管日冕温度高得驚人，但因為物質密度低，可導熱粒子稀少，對航天器的影響實際上並沒有想象中那麼大，這就好像手在熱烤箱裏能比在熱水裏堅持更長時間。按照他們的計算，“帕克”進入日冕後，面向太陽的那一面將僅被加熱到約1400攝氏度，儘管這個温度也足以讓鐵熔化。

更重要的是，“帕克”面向太陽的一面裝有厚約11.4釐米的防熱罩，由輕質碳複合泡沫製成，表面塗有白色陶瓷塗料，可反射儘可能多的陽光，使探測器內部的工作環境可維持在30攝氏度左右。幾十年前,美國航天局就有探測日冕的計劃，但直到最近材料科學取得進展，研製出了這種防熱罩，計劃才得以真正實施。

“帕克”探測器上也有設備沒有躲在防熱罩後，其中一個是被稱為“法拉第杯”的傳感器，用來測量太陽風中離子和電子的相關數據。“法拉第杯”使用鉬合金製成，其熔點高達2349攝氏度，而為它產生電場的芯片由鎢製成,熔點高達3422攝氏度。

另外，設計人員採用金屬鈮製造電線，並用藍寶石晶管來隔熱，防止電線被烤化。

“帕克”探測器上還有多個高温保護機制。比如，研究人員在防熱罩陰影的邊緣安裝了多個傳感器，一旦某個傳感器探測到陽光，便會通知中央電腦，“帕克”探測器隨即自動糾正姿態，確保內部儀器安全。

四大儀器解謎題

費盡心機探測太陽，並非只是滿足“奔日”夢想，人們對太陽的瞭解還遠不充分，其中一個主要的未知領域是日冕物質拋射和太陽風形成等太陽活動。比如，科學家尚不清楚太陽風中的粒子如何獲得加速度。另外，日冕温度遠高於太陽表面，這也是一個謎。

為回答這些問題，“帕克”探測器搭載了四大儀器，分別是測量日冕電場和磁場的FIELDS、記錄太陽風中粒子速度、密度和温度等數據的SWEAP、直接給太陽日冕拍照的WISPR以及測量粒子能量及種類的ISIS。

美國航天局説，“帕克”探測器將在日冕層展開近距離觀測，希望能“革命性改變對太陽的認識”。同時，這項任務也將增進對其他恆星的認識，並有助更準確地預報重大空間天氣事件，從而更好地保護人造衞星、宇航員以及地球上的電網和飛行器等。

“帕克”探測器以曾提出太陽風存在的美國物理學家尤金·帕克的名字命名。看着“帕克”升入雲霄，這位91歲的老人在美國航天局電視直播中説：“我想説，哇，開始啦，接下來的幾年我們將會學到一些新東西。”