出品：川陀太空
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从2000年至2007年，美国宇航局尤利西斯探测器三次略过太阳极区，都探测到了高纬度辐射风暴的存在，开启了新一轮人类对太阳观测与监视的序幕。2010年，NASA太阳动力学天文台SDO升空，建立了一周7天、一天24小时全天候无盲区监视太阳表面一举一动的观测机制。
这样的观测是建立空间天气预报的基础，因为来自太阳粒子风暴的威胁较大，对轨道卫星、地面电网的干扰不小。太阳作为一颗G2V主序星，我们应该将其当做是一颗恒星来研究，美国宇航局为此规划了LWS“与恒星共存”的日地系统观测计划，今天我们要说的PSP探测器就是LWS计划中的一员，中文名称为帕克太阳探测器，简称SPP。
关于帕克探测器的基本情况这里仅仅简单描述一下基本参数，因为网络上有很多译电，这些中英文搬运工基本可以较为完整地描述SPP探测器的基本概况，比如任务、轨道、目的等等，那么我们就不喜欢做这类重复而无用功、没有特点的文章，我们要讲的内容基于SPP探测器，让读者们不仅能够了解这个敢摸太阳的玩意儿，还能知道与其相关的一些不为人知的趣闻轶事。
基本套路还是要打一下，经过川陀太空调查发现，SPP探测器在8月12日发射之后，预计在10月前抵达金星，完成第一次金星轨道借力。在11月1日左右第一次抵达近日点，然后开始长达7年的对日观测。期间完成24次绕日轨道飞行，7次金星借力，任务预计在2025年结束。
绕日轨道近日点0.04AU，远日点0.73AU，在NASA的任务设计中，要求SPP探测器进入10倍太阳半径之内的轨道，这也是本次任务的亮点之处。
人类探测器第一次进入1倍太阳半径的距离，精确值在9.86个太阳半径，并且保持至少14个小时的飞行时间。许多人不知道10倍太阳半径是个什么改变，川陀太空对此进行对比下，探索水星的信使号探测器距离太阳的最近点为65倍太阳半径，相当于0.302个AU（天文单位），而1976年还有一个探测器Helios 2号抵达了62.4倍太阳半径的距离上，这两个就是以前的记录。
那么这一次，SPP探测器要把距离提升到10倍太阳半径，这是一个不小的突破。那么近日点9.86个太阳半径何时到来，川陀太空认为要到2024年才能实现，所以你不要以为SPP探测器好像今天发射了过几天就能达到去摸太阳，其实探测器要经过7次金星借力，在2024年才抵达任务要求的9.86个太阳半径位置。这才是本次任务高潮的地方，所以你还得忍6年。
美国宇航局设置24次绕日轨道飞行也经过严格的观测模拟而定制的，因为SPP探测器不是孤军奋战，SPP探测器每次抵达近日点的时候，地球的位置与近地点都没有重叠，这样地面上的观测站、天文台可以与SPP探测器完成对太阳表面不同角度的联合观测。当然有一点是忌讳的，在近日点的时候太阳不能位于地球和SPP探测器中间，隔着太阳也想找招呼，人类还没有这样的能力。
SPP探测器作为一个价值15亿美元的深空观测平台，造价也说明其地位的重要性，相当于半个旗舰级探测器的造价，也显示出NASA对SPP探测器的重视程度。没有比较就没有发言权，SDO造价也只有8亿美元，所以能达到15亿美元的造价，也足够显示其是有点分量的。
于是问题就来了，为什么NASA要花这么多钱去研究太阳？而且非要抵达10倍太阳半径的距离上，NASA要找的答案是什么呢？
川陀太空认为SPP探测器要解决4个主要问题：确定太阳风源的磁场结构和动力学、跟踪加热日冕和太阳风的能量流、确定太阳加速高能粒子的机制、探索近太阳空间环境尘埃等离子体现象及其它们对太阳风和高能粒子产生的影响。其中日冕高温之谜和太阳风加速问题是最核心的两个点，要圈起来。
日冕高温之谜
NASA花了15亿美元，就是要解决这个问题，川陀太空认为，日冕物质异常高温至少从19世纪就已经被察觉，当时的情况是这样的：也就是在1840年鸦片战争之后，西方科学家开始将注意力转向太阳，在日全食观测中发现了5303A的谱线，也称为冕绿线，一时间那群科学家开心得不得了，以为发现了什么新元素，但又不知道这条谱线是怎么搞出来的，整天在那儿YY什么未知元素。
这也不能怪它们，在19世纪初的时候，经典物理学刚刚被爱因斯坦修理了一遍，还没缓过劲儿来。
一直到1941年，日本成功偷袭珍珠港的那会儿，瑞典物理学和天文学教授Bengt Edlén突然开窍了，第一个在日冕中发现了这条谱线是怎么搞出来的，并且计算出日冕的温度。
这一算可不得了，发现5303A谱线来自铁原子13次电离所产生，这意味着日冕的温度必须会达到百万K的级别，太阳表面的温度也在6000K，凭什么在太阳表面上方一侧过渡层内温度却可以达到百万K的级别。川陀太空提示，色球层的温度在5500多摄氏度（1万华氏度），再往外就是过渡区，温度达到2万至100万摄氏度（4万至180万华氏度），然后再往外一点，就是日冕了，平均温度为几百万摄氏度。
这是一种很奇特的加热方式，用“隔山打牛”来形容绝对是OK的。从1941年到今天，这个问题还没有一个很好的解释。川陀太空认为，目前有两种解释，第一种是波动加热理论，指出光球层的湍流在沿着太阳磁力线运动，向上传播能量，比如阿尔芬波确实能够向上传播能量，但是这玩意如何在色球层和日冕之间跨区域传播，目前无人能够解释。第二种说法是磁重联机制，很简单 ，各种磁场重联后在日冕层释放能量，完成隔山打牛。
日冕层高温还导致了一个悖论，根据热力学定律，如果色球层有高温温度，那么它们不可能不向色球层传递能量，恰恰相反，却往色球层几百公里外的日冕层传递能量，这不就是违反热力学定律了吗。说得通俗一些，色球层肯定出了内鬼，老往外搬东西，也可能是色球层是背锅的，因为太阳表面下的上升流可达到每秒100公里以上，也有可能是光球层出了问题。
保护伞：帕克探测器热保护系统
要找到答案，通过陆基望远镜、空间望远镜肯定是不行的，不入虎穴焉得虎子？美国人也懂得这个道理，所以SPP探测器的第一要务就是不断靠近太阳，对日冕物质进行接触取样。这就是为什么SPP探测器要抵达10倍太阳半径的近日点上，很多媒体没有讲清楚，他们就告诉你美国人造了一个很牛逼的玩意，要打破什么记录之类，创造了什么里程碑，然后就不告诉你为什么要这么做。但是，川陀太空会告诉你，这就是科普。
言归正传，我们明白要揭开日冕高温之谜，就是直捣黄龙，直接抵达10倍太阳半径的位置，那么此时，美国宇航局就遇到了一个难题，也是SPP探测器核心的技术之一：热防护系统。
说真的，15亿美元造价还真不算贵，在美国宇航局内部的TRL技术准备等级中，热防护系统为4级，不算高，但也不低。热防护系统位于SPP探测器的最前面，这是一个仅仅10对厘米厚的隔热罩，但却可以扛住1400摄氏度的超高温。热防护罩直径为2.3米，基本上把整个探测器都保护住了，你猜猜看，防护罩面对太阳的一面最高温度可达到1400摄氏度，那在罩后面的各种仪器的温度为多少？答案是29摄氏度左右。
1400摄氏度应该不算是目前航空航天级材料中能够承受的最高温度，因为在顶级的军用航空发动机中，涡轮前温度比这个更高，比如F119涡轮前温度可达到1600摄氏度，因此NASA愿意砸钱，SPP探测器可以更靠近太阳。
SPP探测器上的热防护系统材料为两块碳碳复合材料，里面还有一个夹层，我们看到热防护罩表面被涂成了白色，这是因为可最大限度反射太阳光。在最靠近太阳的10倍太阳半径位置上，热防护装置可保证探测器以每小时70万公里的速度移动，相当于每秒200公里的速度。正是由于优秀的热防护能力和新的飞行控制软件，让SPP探测器能够抵达10倍太阳半径的位置。那么接下来，我们再说说最后一个关键环节，抵达之后该做些什么。
最核心的技术：四大仪器
SPP探测器上最核心的技术要数四大仪器，这也是15亿美元造价中最贵的地方。这四大仪器分别为SWEAP太阳风电子、阿尔法粒子和质子研究装置、WISPR广域成像仪、ISIS-EPI综合调查装置和FIELDS电磁场调查仪。这些仪器其实很枯燥，主要的技术部分，我们只要明白这些仪器长什么样，在SPP探测器的什么位置，以及功能是什么就好。
第一个，SWEAP太阳风电子、阿尔法粒子和质子研究装置，位于SPP探测器的后方。由史密森天体物理中心开发，包含SPC探测器和SPAN分析仪两个部件。SPC探测器很关键，这是测量太阳风的装置，直接部署在隔热罩边缘，因此热环境是很差。
SPC探测器是第一道关卡，探测太阳风流动的方向，这对观测日光层内部事件的发生非常重要，因为太阳风正对的方向一般也是日冕物质抛射的源。SPAN分析仪有两个部分，分别为SPAN-A和SPAN-B，位于探测器的尾部，对向安装，可探测来自太阳方向一定角度撞击探测器的电子。
SPC探测器上使用的FC法拉第杯是个很成熟的技术，美国宇航局经常将这个装置放在探测器上，探测等离子体。比如旅行者1号和2号上都有，还有先锋探测器等，都用过FC法拉第杯。既然SPC探测器安装在SPP探测器额隔热罩边缘，那么其表面温度也差不多达到1600摄氏度以上，这也是探测器上温度最高的地方。
WISPR广域成像仪的定位就很简单了，有海军研究实验室开发，本质上就是一个望远镜，可形成太阳日冕的图像，确定日冕的三维结构。
ISIS-EPI综合调查装置其实是一个高能粒子探测器，由美国西南研究所开发，其目的是找到太阳高能粒子的来源和加速机制，因此在0.02-200 MeV/nuc能谱上都能够工作，对来自太阳的高能电子、质子以及重离子进行探测。ISIS-EPI综合调查装置还有两个EPI-Lo和EPI-Hi组合装置，EPI-Lo可探测25-1000keV的高能电子。
从外形上看，EPI-Lo装置很有意思，相关盾牌，而且有八个面，每个面上有10个孔。高能粒子就是通过这些孔，直接抵达后面的光电通路上，我们就可以得到高能粒子的速度和能量。EPI-Hi测量低keV的高能电子，从0.5到6 keV。
这就是10个收集高能粒子的孔，一共有8个，构成了一个穹顶的造型。
最后一个FIELDS电磁场调查仪由加州大学伯克利分校空间科学实验室研发，其搜索线圈磁力计传感器由CNES法国国家空间研究中心资助。该仪器由5个电压和3个磁传感器构成，分布在探测器的四周。
从以上分析可以看出，NASA花了15亿美元造了SPP探测器也算是在太阳观测与研究方面再投入重金，目的就是要解释日冕高温的谜团，还有太阳风的加速之谜，这两个谜团如果能够解决，那么关于太阳的一些奥秘也会得到解释。
还有一定很重要，川陀太空认为要从恒星的角度看我们的太空，SPP探测器其实研究的是一颗G2V主序星，与恒星有关的能量释放机制在宇宙中比比皆是，如果我们搞定了太阳，那么相当一部分恒星也一样能够搞定，要想有朝一日进行星际航行，这些都是技术储备。
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