美國國家航空航天局（NASA）耗資15億美元研發的帕克太陽探測器，計劃於8月初發射升空前往太陽，開始為期7年的觀測任務。這將是第一個穿越日冕（太陽大氣最外層）的探測器，最終抵達距離太陽表面僅610萬公里的位置，是迄今為止人造航天器最接近太陽的地方。帕克探測器此行將幫助人類解答一些關於太陽懸而未決的重大問題。
揭秘 1 探測器面臨怎樣的挑戰？
據NASA網站介紹，帕克探測器得名於美國天體物理學家尤金·帕克，這是NASA首次以還在世的科學家的名字給空間探測任務命名。帕克在1958年發現了太陽風的存在，即從太陽上層大氣射出的連續帶電粒子流。芝加哥大學研究創新國家實驗室副主任艾瑞克·伊薩克斯說：“這個發現從根本上改變了我們理解太陽、太陽風層和總體星際空間的方式。” 同年NASA成立，當時便把近距離探日作為目標任務之一。這意味著，帕克項目已經醞釀了60年。
人類通過探測器早已實現了對月球和火星的零距離探索，為什麼想靠近太陽這麼難呢？航天專家、中國航天科工二院二部研究員楊宇光在接受新京報記者採訪時表示，克服引力是近距離觀測太陽的最大困難之一，地球圍繞太陽轉動的速度是30公里/秒，一個航天器想要接近太陽，必須減速，這個過程將耗費大量能量。而航天器攜帶的燃料越多，有效載荷就越少，那麼就很難完成更多科學使命。所以這個任務設計非常複雜，探測器需要藉助金星逐漸減速後再接近太陽。
另外一個難點則是百萬攝氏度的高溫環境。目前科學家對於探測器抵達的位置環境只有相關推測，還沒有很準確的把握，當中存在許多不確定性。換句話說，這次任務是試探性的，能不能成功還很難說。
負責帕克項目的約翰霍普金斯應用物理實驗室科學家尼古拉·福克斯表示，“發送這樣前所未見的探測器是一項壯舉，把它送入那麼嚴酷的環境更是一項極具野心的壯舉。”
揭秘 2 探測器如何抵禦太陽高溫？
要解答這個問題，首先需要分清“熱量”和“溫度”這兩個不同的概念。美國約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的熱保護系統工程師貝奇·康登解釋，雖然日冕層內溫度超過一百萬攝氏度，但是其中的高溫等離子體的密度比較稀疏，探測器在裡面穿梭時，僅與較少的熱顆粒相互作用，接受到的熱量是可控的。他舉例稱，這有點像把手伸進烤箱，雖然烤箱內部溫度高達一百多攝氏度，但是手的溫度不可能變成一百度。
據NASA估算，航天器進入日冕層後外表將會被加熱到1400攝氏度左右，這仍是普通宇航材料無法直接應對的高溫，火山噴發的熔岩一般也就只有700-1200攝氏度。為此，工程師為帕克探測器配備了尖端的熱保護系統，即一個厚度約為11.5釐米的防熱罩，其材料呈現三明治結構，外表是碳-碳複合物，裡面夾著10釐米厚的碳泡沫。這種輕質材料外層還將塗上白色陶瓷塗料，儘可能多地反射熱量。經測試，該防熱罩可承受約1650攝氏度的溫度，探測器在其保護之下可保持約30攝氏度的涼爽。
不過，也有不得不在防熱罩之外運作的設備，比如用於測量太陽風離子和電子通量的傳感器——法拉第杯，研發團隊用鈦鋯鉬合金進行打造，熔點高達2349攝氏度。此外，太陽能電池陣列也會有一部分暴露在太陽強光下，為此，太陽能電池板上佈置了冷卻系統，包括防止冷卻劑凍結的加熱罐和散熱器、用於表面散熱的鋁散熱片，還有保持冷卻劑循環的泵。另外，防熱罩的陰影邊緣配備7個傳感器，自動校準探測器的路線和朝向，確保探測設備全程受到防熱罩的庇護。
揭秘 3 探測器將完成哪些任務？
NASA網站介紹，帕克探測器此行將繞太陽運行24圈，其間7次飛越金星，逐漸縮短圍繞太陽旋轉的軌道半徑。它將配備5臺儀器，用於測量與取樣，主要肩負瞭解太陽的三大任務。
首先，探索太陽風是繞日觀測的重要任務。太陽風雖然無法肉眼可見，但其實南北兩極出現的極光就是太陽風進入地球磁場後引發的。據《衛報》報道，太陽風接近地球時會使磁場發生變化，可能造成電網停電、無線電通訊受到干擾等情況。人們目前對於太陽風吹向地球的機制還不是很瞭解，NASA希望帕克探測器飛向日冕層，觀測並記錄太陽風被加速到超音速的過程，幫助科學家預測太空天氣的變化。中國航天科工二院二部研究員楊宇光表示，預測太陽活動對人類極為重要，因為這些活動會影響地球電離層以及大氣密度，與我們日常生活息息相關。同時，太陽活動還會對航天器產生更加直接的影響。
其次，帕克會嘗試解開日冕的極端高溫之謎。日冕層是太陽大氣的最外層，在日全食過程中，肉眼看到的那個光圈就是日冕，其厚度達到幾百萬公里以上。太陽的可見表面的溫度大約為5500攝氏度，但是日冕的溫度卻超過百萬攝氏度，是前者的數百倍。日冕的反常高溫從何而來一直令科學家費解，因為太陽的能量是來自其核心的。
最後，瞭解太陽高能粒子（SEP）加速行進的機制也是任務之一。太陽高能粒子產生於太陽耀斑和日冕物質拋射，其速度可以達到光速的一半。據中國國家天文臺，太陽高能粒子不僅會對人造衛星的電子設備產生干擾和損害，其輻射還會危及宇航員的生命安全。帕克探測器此行將探索是什麼給太陽高能粒子加速。
盤點
全球多個國家積極籌備“探日”之旅
過去的半個多世紀裡，人類從未停止對太陽的探索，僅NASA此前就已發射過十多個太陽探測器，但是從未深入到日冕層內部。至今，距太陽最近的一次飛行由NASA在1976年發射的太陽神2號探測器完成。當時太陽神2號以每小時24萬公里的時速在環日軌道上運行，距太陽表面約4300萬公里，以觀測太陽風以及日地間的宇宙射線。
而最近的一次探日任務始於3年前。美國國家海洋和大氣管理局與NASA聯合研發的“深空氣候觀測衛星”，於2015年2月攜帶若干太陽和地球科研儀器發射升空，100天后到達地球與太陽之間一個穩定的拉格朗日點軌道，目前仍在運行中。據中國氣象局網站報道，這是第一個用於偵測由太陽發出地磁風暴的深太空早期預警系統，可以更加可靠地預測太陽風暴。
除了NASA，全球很多國家也在積極籌備太陽探測活動。據BBC，歐洲航天局（ESA）將於今年10月發射耗資10億歐元的太陽軌道探測器，深入到距離太陽4200萬公里處。探測器將對太陽大氣進行高精度的觀測，還會觀測太陽極區和太陽背面。印度空間研究組織也在2017年宣佈，將於2019年發射名為阿迪亞L1的太陽探測器，解決太陽物理學的一些長期問題。(記者 陳沁涵)
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