北京時間8月12日下午3時31分，具有歷史意義的“帕克”太陽探測器（ParkerSolar Probe）在美國卡納維拉爾角空軍基地SLC-37B發射位由“德爾塔”4重型運載火箭發射升空。在經過了43分鐘的飛行之後，雖然期間經歷了第三級疑似失聯的驚險時刻，好在最終有驚無險，“帕克”探測器成功與火箭分離，獨自踏上了奔赴太陽的漫漫長路，也就此揭開了人類探索太陽的新徵程。
“帕克”將會實現的壯舉
距離最近。“帕克”將會成為距離太陽最近的人造天體，設定的最近距離約為610萬千米，不僅首次進入太陽的日冕層，而且還打破了“太陽神2號”探測器在1976年4月17日創下的4343.2萬千米的此前最近距離紀錄。
溫度最高。由於距離太陽近，且又運行在日冕層，所以“帕克”將會承受奇高無比的溫度，探測器面向太陽的一面需要承受高達1377攝氏度的高溫，但又必須要保證工作儀器始終處在幾十攝氏度的條件下，可想難度之高。
速度最快。為了能夠掙脫地球引力的束縛，成為太陽系內的星體，“帕克”也將創造人造物體有史以來最快速度的紀錄。據估計，其將以70萬千米的時速繞太陽運行，遠超當年“太陽神2號”的25萬千米/時，打一個比方，這就相當於2022年冬奧會的兩個舉辦地——北京和張家口之間幾秒即可走完全程。
當然，為了要實現以上的幾大目標，“帕克”必須要經過長時間複雜的變軌操作，最後才可以抵達太陽。根據NASA的介紹，“帕克”要在7年的時間裡7次飛掠金星，以藉助其引力來實現軌道調整，從而使探測器更接近太陽，而這期間，它將環繞太陽一共飛行24圈。
在進入太陽的日冕層之後，“帕克”攜帶的4個儀器套件，將會分別用在研究磁場、等離子體、高能粒子和太陽風。毫無疑問，能夠實現如此近距離的觀測，大量新的發現必將徹底改變人類對日冕的理解，並擴展對太陽風起源和演化的認識。
其實，“帕克”也僅僅是作為NASA“與星共存”（Living with a Star）項目的一部分，整個計劃目的就是要探索地日系統的方方面面以及其對生命和人類社會的影響。
打造飛向太陽的“不死之身”
為創造到達距太陽最近位置的世界紀錄，人們必須找到能抵抗前所未有超高溫度的材料。可以說，如果沒有熱保護系統（TPS），就沒有“帕克”。
按計劃，“帕克”將進入距太陽表面610萬千米範圍內。為了適應這種極熱的環境，探測器將攜帶一複合熱保護罩，罩子將抵抗來自太陽的強光。這一隔熱罩在10年前還不可能造出。
假設你是一個在地球軌道上的1平方米大的衛星，太陽到達你身上的能量大約是1350瓦，但是“帕克”要到達的位置，每平方米隔熱罩大約要承受85萬瓦能量，這樣算來“帕克”需承受約300萬瓦的能量。
探測器的隔熱罩也被稱為熱保護系統（TPS），由兩個碳增強材料複合層和中間夾約11.43釐米的碳泡沫構成。隔熱罩朝向太陽的一面還塗了一層特殊的白色塗層，以儘量反射來自太陽的能量。這種材料可以抵抗約1370攝氏度，保證儀器在約30攝氏度環境下運轉。
“如果這項任務是在上世紀60年代到70年代，甚至80年代的時候部署，那麼可能飛上天的是耐高溫金屬，”專家表示，“科學家將建造一個具有超高熔點的金屬熱盾，但永遠不可能把它送上天，因為金屬實在是太沉了。”
與大多數商業碳纖維不同，它們的碳-碳結構沒有通過硬化樹脂聚合在一起，因為硬化樹脂會像熱路面上的石油一樣在太陽附近蒸發。為了製造隔熱罩，NASA用“切碎的碳纖維”填充樹脂，然後讓樹脂硬化，再用3000度的烤爐烤它，然後重複這一過程4到5次。
熱保護罩的正面和反面由這種碳-碳板構成，除了隔熱，這種輕質材料還具有超強的機械強度。2層碳-碳板薄到能夠彎折，甚至它們能彼此重疊。在兩層碳-碳材料中間有一層碳泡沫，這種材料目前一般於醫療行業製造替代骨骼。這一“三明治”設計撐起了整個結構——就像瓦楞紙板——這也讓整個2.4米厚的隔熱罩僅重約73千克。
泡沫也是熱保護罩隔熱功能最重要的結構。但碳泡沫中97%是空氣，為了進一步降低空間探測器的重量。碳本身是導熱的，泡沫結構也意味著沒有那麼多的熱可以傳導。
泡沫不容易進行測試，它們極其易碎。但此外還有另一個問題——自燃。燃燒在真空中並不是什麼大問題，但在測試中間隙剩餘的空氣將導致這些泡沫燒焦變成木炭。所以，美國國家橡樹嶺實驗室的工程師用高溫等離子弧燈測試隔熱罩中這些碳泡沫的耐高溫能力。
僅憑這些碳泡沫的隔熱性能並不足夠保證探測器能在要求的溫度下工作。因為在空間中並沒有空氣散熱，唯一的散熱方式是散射光以光子的形式發出熱量。因此，另一個保護層是需要的：一個白色的保護層用來反射熱量和光。
為此，約翰霍普金斯大學的應用物理實驗室與懷廷工程學院的先進技術實驗室合作，組成了一個隔熱塗層的專家團隊，研究範圍覆蓋高溫陶瓷，化學和等離子噴塗塗層。
通過進一步的測試，團隊最終選擇基於氧化鋁的白色保護層。但這個保護層會與碳反應而在高溫環境中變灰，因此工程師們在中間加了一層鎢，鎢層比頭髮絲還要薄，塗在熱保護罩和白色防護層中間以防止兩層間相互反應。他們還加了納米摻雜劑讓防護層更白並阻止氧化鋁顆粒的熱膨脹。
系統科學與工程中心的首席研究工程師Dennis Nagle說，通常在使用陶瓷時，首選硬質無孔塗層，但用錘子擊打時材料會破裂。在“帕克”面臨的溫度下，光滑的塗層會像用石頭撞擊的窗戶一樣破碎。因此，均勻的多孔塗層反而可以承受這一極端環境。當多孔塗層中出現裂縫時，裂縫會在到達孔隙時停止。塗層由幾個粗糙的顆粒層組成——足以使一組陶瓷顆粒反射另一層錯過的光。
最熟悉也最陌生的太陽
科學家們耗盡心思製造出“帕克”，正是希望能夠讓人類離太陽更近一步——一則是憑藉機器靠近它，二則是對其進行更深入的研究。
太陽為地球上的生命提供了必需的光和能量，我們對太陽瞭解的越多，就越能明白地球上生命的起源。
太陽也對人類產生著消極的影響，來自太陽表面的太陽風以超過500千米/秒的速度源源不斷地向地球襲來，干擾著地球的磁場，破壞地球電離層的結構，造成無線電通信中斷，甚至影響地球大氣，引起火山爆發和地震。
根據記錄，每當太陽風強烈時，衛星的星載設備總會受到干擾，進而影響的工作壽命，而人類也會因為輻射的增強而出現免疫力下降甚至病變等現象。所以，正如遠航的水手敬畏大海一樣，為了實現人類未來走出地球，邁向火星和深空的願景，就必須瞭解太空中的空間環境，尤其是太陽風的作用。
而太陽目前也有不少神秘之處，例如，太陽溫度的分佈之謎：為什麼日冕比太陽表面更熱？
太陽大氣層主要分為5個部分：溫度極小區、色球、過渡區、日冕和太陽圈。其中位於最外層的太陽圈是太陽大氣層最稀薄的，可延伸至冥王星軌道之外與星際物質交界。也就是說，其實我們生活在太陽的大氣層中。
色球、過渡區和日冕都比太陽表面溫度高，一些證據指向阿爾文波可能攜帶了足夠的能量將日冕加熱。阿爾文波是等離子體中的一種沿磁場方向傳播的波。但這一現象的原因還未獲得證實。
還有兩個與人類息息相關的問題是，空間天氣如何形成？又如何影響地球？空間天氣涉及包括太陽風在內一系列太陽系空間條件變化，其研究重點強調地球周圍的空間，包括磁層、電離層、熱層和外層條件。空間天氣一直影響著地球，這些影響以高緯度極光為代表，但其背後成因一直未被瞭解。
太陽風的組成和太陽的日冕組成完全相同。73%的是氫，25%的是氦，還有其他一些微蹤雜質。日冕是不穩定的，它可形成太陽風，耀斑和日冕物質拋射，我們需要對這些現象的形成的原因進行研究。上百萬噸的高磁化材料可從太陽中以幾百萬千米每小時的速度拋出，而我們並不知道它們是如何被加速的。
科學家想了解太陽風如何形成如何變化以及這些變化如何影響地球。而本次的任務對日-地之間聯繫十分重要。任務將收集一些對理解和預測空間天氣極為重要的數據。這將推動太陽圈、地球和其他行星極光和磁層的基礎物理學研究，以及幫助提高衛星通信、電網問題、管道腐蝕、航空航線輻射暴露及宇航員安全等研究。
而以上這些太陽的謎題都將隨著“帕克”為我們帶回珍貴的極近距離太陽探測數據而得到解答的可能。“帕克”的任務結束日期是2025年6月，按照科學家的計劃，它將在任務結束之後墜向太陽，被分解成越來越小的碎片，併成為宇宙塵埃的一部分。
中國科學家的獨特探日方案
同樣是研究日冕，中國科學家的方案卻另闢蹊徑：到太空中利用地球的遮擋形成另類“日食”，通過長時間、高精度的觀測探秘太陽風暴。
日食是因為月亮遮擋太陽而形成，景象壯觀震撼，是科學家觀測日冕的絕佳機會，但這樣的時機極其珍貴，稍縱即逝。中國科學家想到了深入地球的陰影裡去觀測太陽。
中國科學院國家空間科學中心研究員羅冰顯說，根據日全食的產生原理設計一種名為日冕儀的儀器，利用人工擋板把太陽本體的光擋住，從而對日冕發出的光線進行觀測。但是，日冕儀會受到雜散光、漸暈等各種影響，如果是在地球上使用，還會受地球大氣散射、天氣等條件的影響。
羅冰顯的團隊計算後發現，最合適的觀測點距離地球約140萬千米，位於日地第二拉格朗日點附近。在這裡，望遠鏡在日地引力和微小的推力作用下，就可與地球以相同的角速度繞太陽公轉，太陽、地球、望遠鏡三者的相對位置保持不變，且地球能恰好完全遮擋太陽，可以獲得長時間、高精度的日冕觀測數據。羅冰顯團隊與來自中國科學技術大學、中科院微小衛星創新研究院的其他兩個研究團隊最近共同提出了這一名為“地掩天蝕”的觀測設想，受到廣泛關注。
羅冰顯說，如果“地掩天蝕”計劃能夠實施，將大幅度提升現有日冕觀測能力，有望幫助解開日冕加熱、太陽風暴的秘密，也能服務於空間環境預報，應對太陽風暴對人類技術系統的影響。
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