“帕克”逐日，史上最接近太阳的航天器

郑永春，博士，中国科学院国家天文台研究员，中国科普作家协会副理事长，青年科学家社会责任联盟理事长，“科普中国”形象大使。

人类航天器已经抵达了月球、火星，甚至是十分遥远的冥王星，但可以近距離探测太阳吗？当然可以。2018年8月12日，“帕克”太阳探测器发射升空，奔赴太阳，将开展为期7年的太阳观测。

“帕克”太阳探测器最初的名称为“太阳探测器+”，201 7年被以天文学家尤金·帕克（Eugene N.Parker）的名字命名。尤金·帕克是美国芝加哥大学天文与天体物理系教授。20世纪50年代，他提出了恒星能量释放机制理论，用来解释太阳的能量释放。他预言了太阳风的存在，在他之前，科学界认为地球到太阳之间是彻底的真空。帕克还建立了构成太阳风的等离子体、磁场和高能粒子的复杂系统。太阳上的日冕的温度，反而比太阳表面更热，这与根据物理定律的预计正好相反，帕克对日冕过热的原因提出了理论解释。这是美国国家航空航天局首次以健在科学家命名航天器，是对帕克的卓越研究的褒奖。

探测太阳的勇士

太阳，是太阳系唯一的恒星，也是我们的太阳系中唯一的、绝对的主宰。它以巨大的质量、难以抗衡的引力，成为了太阳系绝对的王者，牢牢地束缚太阳系内的所有天体，让它们都乖乖地绕着它转。

几十亿年来，太阳“热”情不减。巨量的氢和氦——这2种宇宙中最主要的元素——在太阳内部进行着剧烈的核聚变反应，释放出巨大的热量，膨胀的气体构成了这太阳系王者的身体。在高速旋转中，太阳发出耀眼的光芒。地球历史上出现过的无数物种，想必一出世，就会被它的光芒震撼和折服。

“帕克”将在距太阳表面640万千米的范围内，直面太阳巨大的热量和辐射，成为史上最靠近太阳的航天器。然而，“帕克”并不是第1个太阳探测器。

1974年12月发射的“赫利俄斯1号”探测器，与太阳的距离小于4700万千米。

1976年4月发射的“赫利俄斯2号”探测器，与太阳的距离小于4400万千米。

1990年10月，“尤利西斯号”太阳探测器通过航天飞机发射升空。这颗由欧洲和美国联合研制的探测器，探测了太阳磁场、日珥和日冕物质抛射。1994年，尤利西斯号飞越太阳的南极，1995年飞越太阳的北极。2001年12月，尤利西斯号完成第2次绕太阳飞行。

2004年8月发射的“信使号”水星探测器，与太阳的距离约为5 800万千米。

只为探测日冕和太阳风

遇到日食，如果运气好的话，当太阳最亮的部分被月亮的影子遮挡之后，戴上日食观测镜——采用专业的减光片或减光膜，你就可以观测到位于太阳外层的日冕层了。切记，千万不要直视太阳！

太阳核心区的温度可达1000万～2250万摄氏度；太阳表面（光球层）温度约为5 500摄氏度；太阳外层大气（日冕层）的温度可达150万～200万摄氏度。日冕为什么这么热呢？这是“帕克”要回答的第1个问题。“帕克”将首次飞入太阳的大气层（或日冕），开展现场测量和成像，彻底改变我们对日冕的认识。

“帕克”要探测的另一个对象，是太阳风。太阳风其实不是风，而是一种连续的粒子流，主要由各种带电粒子组成。当日冕层中存在磁场异常的时候，就会形成持续数月甚至数年的冕洞。科学家给太阳做了一个X射线透视，发现冕洞是黑色的，说明这个地方的磁场不够强，导致带电粒子被抛向太空。因此，像纸风车旋转那样，当太阳自转时，太阳风就从太阳上被甩出来了。

光只需要8分钟就可以从太阳抵达地球，但太阳风跑得没有这么快，它的平均速度约为400千米/秒，需要4天半才能到达地球。这就为预报太空中的天气状况提供了时间差。当科学家侦察到太阳活动出现异常时，就可以及时发出预警信号，提醒地球上的人们，尽早做好应对太阳风的预案。

太阳风在穿越太阳系空间时，将影响各个星球。它会冲击彗星，产生长长的尾巴；它会使地球大气分子被电离，形成漂亮的极光；它会损坏卫星上的电子元器件，导致卫星无法正常工作，通信信号中断。但太阳风也不是一无是处，它可以推动巨大的光帆，成为飞船在太空中飞行的动力。

为什么要这么靠近太阳

人类天生就好奇，而“帕克”就像一个好奇小子，“赴汤蹈火”的目的，是揭示太阳之谜。

第1个谜团，为什么太阳光球层，也就是太阳表面的温度，没有太阳的大气层，也就是日冕层的温度高？我们通常认为离热源越远，温度越低，可是为什么离太阳内核更远的日冕层，反而比光球层的温度更高呢？

第2个谜团，太阳沿各个方向喷射出速度高达每小时上百万千米的带电粒子，形成了太阳风。科学家知道太阳风已经很久了，因为早期的观测者注意到，当彗星划过时，无论朝哪个方向运动，尾巴总是背向太阳，这表明太阳风的速度比彗星的速度更快。但太阳风究竟是怎样加速的，至今仍在吊人胃口。

第3个谜团，太阳不仅会吹出太阳风，还会间歇性地发射出太阳高能粒子。这种粒子对在太空中飞行的宇航员和宇宙飞船造成了威胁。只有了解太阳高能粒子是怎么产生的、何时会爆发，我们才能提出应对措施，保护人类走向深空。

数百万吨高度磁化的物质，以每小时数百万千米的速度，从太阳喷出。这一速度，相当于在几秒钟内，从北京到广州。为什么太阳风跑得这么快？它是如何加速的？“帕克”要尽可能接近太阳，通过与太阳的亲密接触，从源头进行研究，才能回答这些问题。

如何避免航天器被烧坏

似乎每年夏天都会冒出来新闻，告诉大家这似乎是有史以来最热的夏天。地球与太阳的平均距离约为1.5亿千米，就已经让我们感觉非常热了。如果你到太阳的距离，拉近到仅为日地距离的1/25，那又该有多热呢？“帕克”与太阳最近的距离，为616万千米，比水星更靠近太阳，比之前任何航天器与太阳的距离还要近7倍。

航天器近距离靠近太阳，主要的挑战来自上千摄氏度的高温。科学家采用碳复合材料设计出隔热罩，给“帕克”特别配了1把厚达11.43厘米的“遮阳伞”，可以承受飞船外部1 377摄氏度的高温。要知道，铁的熔点才1 535摄氏度，普通铸铁的熔点才1 200摄氏度左右，“帕克”要承受的温度，可以把铸铁都融化了。

光有隔热还不行，总会有一些热量透过隔热罩。因此，“帕克”还配备了特制的散热器，把多余的热量扩散到太空中，以免高温损坏探测仪器。在这些措施的保护下，居然可以让探测器中的仪器保持在室温状态。这样的“空调”技术，要是用在房子上，夏天就能体验冰爽的感觉了。

不仅是高温，还有辐射。越靠近太阳，各种射线和粒子的辐射越强，可能击穿探测器的电路，特别是数据存储器和计算机芯片，导致它们丧失工作能力。为此，“帕克”也进行了各种防辐射设计，减轻辐射对航天器的伤害。为了“帕克”的“防暑降温”，科学家们可是绞尽脑汁，费尽了心机。

“帕克”此行的目的是更好地理解太阳，而理解太阳的目的，是为了更准确地预报太阳活动导致的空间天气，保护地球和人类的安全。