3。走近太陽迎接大挑戰 與太陽觀測衛星相比，由於太陽探測器要飛離地球，在距離太陽更近的地方探測太陽，因而能拍攝分辨率更高的太陽圖像，採集更多、更有科研價值的太陽數據，從而能使科學家更深入地研究太陽。
不過，一切事物都是一分為二的。正因為太陽探測器要飛到距離太陽比較近的地方進行探測，所以其研製和運行難度都比太陽觀測衛星大許多，尤其對其防熱措施、軌道設計等要求更高，技術十分複雜，要迎接巨大挑戰。
在已發射過的太陽探測器中，最著名的要算1990年升空的“尤利賽斯”極區太陽探測器。它由美國與歐洲聯合研製，是人類首個有能力對太陽幾乎所有緯度進行觀測的探測器。它沿一個特殊的大橢圓極地軌道運行，先後在1994~1995年、2000~2001年和2007~2008年間三次飛越太陽南北極，為人類提供首次太陽極區觀測的寶貴機會。“尤利賽斯”傳回了大量科學的數據，這些信息極大地幫助科學家們加深了對太陽高緯度地區情況的認識。
“尤利賽斯”太陽極區探測器
然而，它與今年“帕克太陽探測器”相比，可稱得上是“小巫見大巫”，畢竟28年過去了，航天技術有了很大發展。。
（1）距離太陽最近的探測器
2018年8月11日發射的美國“帕克太陽探測器”原來叫“太陽探測器+”（Solar Probe Plus），2017年5月31日改用以太陽風科學的先驅——芝加哥大學的帕克教授命名。這是因為美國科學家帕克在1958年就預言了太陽風的存在並提出了相關理論，這項預測幾年後便得到了太陽探測器所獲資料的證實。為了向帕克教授致敬，美國航空航天局第一次以健在人物命名航天器，可見帕克的偉大。
2017年，為向天體物理學家尤金·帕克致敬，美國航空航天局把“太陽探測器+”太陽探測任務更名為“帕克太陽探測器”。圖為手持“帕克太陽探測器”模型的帕克老先生，背後是“帕克太陽探測器”的徽標
尤金·帕克參觀約翰霍普金斯應用物理實驗室，“帕克太陽探測器”就在這裡進行的組裝
91歲高齡的尤金·帕克教授來到了發射現場
“帕克太陽探測器”將比以往任何人造物體都更接近太陽表面，第一次穿過太陽外層大氣層日冕，能在地球距離太陽最近距離的1/21，即距離太陽表面大約9個太陽半徑（太陽半徑約70萬千米）的地方對太陽進行全方位探測，獲取日冕、太陽風等方面的最翔實信息，所以具有革命性的意義。
它將以前所未有的距離靠近太陽，距離太陽表面約600萬千米，這僅為地球到太陽距離的1/25，所以能更加清晰的看見太陽風速度從原來的亞音速達到超音速的過程，同時飛過高能太陽粒子的發源地。它88天繞太陽一圈，探測器將以時速約69萬千米速度前進，最終飛行速度達到200千米/秒，將成為世界上“移動速度最快人造物體”。
目前，距離太陽最近的探測器紀錄由20世紀70年代發射的德國太陽神2號探測器保持，距太陽約4343萬千米。飛行速度紀錄也是它保持的，在1976年4月17日，太陽神2號以70千米/秒的速度繞著太陽行駛。所以屆時“帕克太陽探測器”與太陽的距離只有太陽神2號探測器所創紀錄的1/7，也是水星距太陽的1/10（水星到太陽的平均距離也有將近5800萬千米）。
太陽神2號
“帕克太陽探測器”的主要任務是追蹤能量和熱量如何通過太陽日冕，探索加速太陽風和太陽能粒子的作用。其探測數據能回答一些長期以來困擾著天文學家的難題，有助於揭示太陽的運行機制，瞭解太陽與行星、地球的關係，提高人類預測太空天氣的能力，改善會影響地球生命的主要天氣事件，以及協助太陽觀測衛星甚至在太空工作的航天員對太陽的觀測。
“帕克太陽探測器”的任務logo，上面寫著“A Mission to Touch the Sun（一項觸摸太陽的任務）
該太陽探測器是美國“與日共存”（LWS）計劃的一部分，旨在更好地探索太陽，以及它的變化對地球產生的可能後果。該計劃第一個上天的航天器是“太陽動力學觀測臺”。“帕克太陽探測器”上還放置了一枚芯片，上面有參與公眾的名字，在今年夏天將隨著探測器一同送至離太陽最近的地方。
今年5月18日，一塊紀念尤金·帕克的銘牌安裝到了“帕克太陽探測器”上。銘牌上寫了這麼一段話：“帕克太陽探測器的任務要獻給專注於研究太陽和太陽風的尤金·帕克（Eugene Parker）博士，他的貢獻徹底改變了我們對太陽和太陽風的理解。'；讓我們看看未來會發生什麼'；Gene Parker，2017年7月。”
這枚存儲卡隨一張銘牌被貼在了探測器上
存儲卡和銘牌一起被貼在了探測器高增益天線的下方
（2）五大任務和三大問題
“帕克太陽探測器”將探索太陽附近塵埃等離子體，以及其對太陽風和高能粒子形成的影響；跟蹤監測日冕加熱和太陽風加速的能量流；確定快慢太陽風源區的磁場結構和動力學特徵以及太陽高能粒子的加速和輸運機制。
美國航空航天局為“帕克太陽探測器”選定了五項研究任務：①研究太陽風電子、α粒子和質子。它將探測太陽風中數量最大的粒子（電子、質子和氦離子），並檢驗它們的性質；捕獲某些粒子，在特殊的實驗杯裡進行直接分析。②開展場域實驗。它將研究將直接測量電磁場、電波輻射和通過太陽大氣等離子層過程中的震動波；也將作為一個巨大的塵埃探測器，在空間灰塵衝擊航天器天線時，記錄下電壓特徵。③拍攝廣域圖像。它將在完成任務的過程中，拍攝接近和經探測器的太陽風和震動的三維圖像以及太陽大氣層或日冕的三維圖像。④探究太陽風層起源及其他任務。⑤進行太陽綜合科學調查。該研究由兩套設備組成，一套是用物質光譜儀查清太陽大氣的組成元素，另一套是測量探測器附近的粒子質量並分類。
“帕克太陽探測器”剛升空時的示意圖
科學家試圖通過“帕克太陽探測器”回答以下三大問題：
一是通過追蹤促使日冕和太陽風升溫和加速的能量流，想弄清楚為什麼太陽表面（光球層）的溫度比太陽的大氣層（日冕）的溫度低很多。
二是通過確定作為太陽風能量來源的等離子體和磁場的結構和動態，想弄清楚影響地球和太陽系的太陽風（太陽向外發出的物質流）是如何形成的，怎樣獲得速度。
太陽爆發性活動對地球空間的作用示意圖
三是通過探索高能粒子的加速和運輸機制，想弄清楚為什麼太陽有時候會釋放出高能粒子，這些所謂的太陽高能粒子對於無保護的航天員和航天器來說是一個威脅。
由於能近距離探測太陽，大小與小型轎車相仿的“帕克太陽探測器”能使科學家能更好地認識、表徵和預報輻射環境，對從未有其它探測器涉足的一個區域進行探測，以便在未來的太空探索中更好地理解、描繪並預測輻射環境。
“帕克太陽探測器”穿越太陽大氣層示意圖
（3）形形色色的探測設備
“帕克太陽探測器”質量約612千克，主結構為六角形平臺結構。其通信系統採用X/Ka頻段，當探測器遠離太陽時（超過0.25AU，AU是太陽到地球的平均距離，即一個天文單位，約1.5億千米），數據下行採用高增益天線；當探測器與太陽相遇期間，採用低增益天線提供低速指令上行和“健康和狀態”下行。
探測器的高增益天線
它將採用原位測量和成像的方式來探測日冕和太陽風等，為此攜帶了四種科學儀器，其中三種是原位探測儀器，還有一種遙感儀器。它們用於探測遇到的等離子體、磁場和波、高能粒子和塵埃，對日冕測量與取樣，瞭解日冕如何活動，以可幫助科學家預測危險的太陽風暴。
重點探測太陽風的有兩種，分別用於測量太陽風，包括測量各種粒子的痕跡，以及質子，電子，少量離子化的氦，以及較重的元素；捕獲最高能量的粒子。
其中的太陽綜合科學研究儀器（Integrated Science Investigation of the Sun，ISIS）是利用2臺質譜儀對探測器附近周圍各種能量的粒子，研究它們來自何處，如何加速以及如何穿過星際空間，從而建立太陽大氣層粒子元素清單，揭開太陽風被加速的謎團。
“帕克太陽探測器”結構
另一種是太陽風電子/α粒子/質子科學儀器（SWEAPI）。它用於對太陽風中最豐富的粒子（電子、質子和氦離子）進行計數並測量它們的特性，並將粒子捕獲到法拉利杯（能夠承受極端電磁輻射的干擾，測量太陽釋放的帶電粒子進行速度和方向，放置在探測器的防熱罩外側）中進行原位分析。
第三種是粒子及太陽電磁場監測設備（FIELDS）。它用於直接測量穿過太陽大氣層的等離子產生的衝擊波，對太陽大氣中的電場和磁場進行探測，幫助科學家們瞭解其如何與組成太陽的等離子體物質，以及太陽風之間發生相互作用，也可作為塵埃探測儀，記錄空間塵埃粒子撞擊天線時的電壓信號。
這三種原位探測儀器用於探測“帕克太陽探測器”周邊環境的一些儀器。它們將研究太陽的磁場、等離子體和高能粒子，揭示太陽外層大氣的真實結構，幫助人類理解為什麼日冕的溫度比太陽表面高很多，使科學家掌握要破解日冕加熱和太陽風加速的物理成因需要具備什麼知識，知道些什麼。
第四種是寬視場成像儀（WFI）。它用於拍攝沿途飛過區域的圖像，對日冕和內日球層進行三維成像，這將幫助科學家們對其他設備獲得的數據進行圖像校準，並對一些現象，比如耀斑爆發等進行監測，在太陽風接近和通過探測器時提供雲和衝擊的三維圖像，等等。
查看“帕克太陽探測器”的“五臟六腑”
其上的太陽綜合科學研究儀器是利用2臺質譜儀對探測器附近的離子進行稱重和分類，從而建立太陽大氣層粒子元素清單；粒子及場試驗儀用於測量太陽電場、磁場、射電輻射和太陽大氣中離子體造成的衝擊波，該裝置也可作為塵埃探測儀，記錄空間塵埃粒子撞擊天線時的電壓信號；太陽風電子/α粒子/質子科學儀器用於對太陽風中最豐富的粒子（電子、質子和氦離子）進行計數並測量它們的特性，並將粒子捕獲到法拉利杯（能夠承受極端電磁輻射的干擾，測量太陽釋放的帶電粒子進行速度和方向，放置在探測器的防熱罩外側）中進行原位分析；寬視場成像儀用於對日冕或太陽大氣進行三維成像；在太陽風接近和通過航天器時提供雲和衝擊的三維圖像，等等。
查看“帕克太陽探測器”的“五臟六腑”
這是該太陽探測器上唯一的遙感儀器，即白光半球成像儀，在“帕克太陽探測器”高速穿過太陽波時進行三維成像，從2.2~20個太陽半徑處，提供了日冕中密度和塵埃的全球範圍內和準現場測量。這是一臺能拍攝日冕三維圖像的望遠鏡，類似於醫用CT掃描設備，不過它所用的日冕斷層攝影技術是一項全新的太陽成像技術，這是因為拍攝地是靠近太陽的移動平臺，在冕雲與冕流中邊飛行邊拍照，可以捕捉等離子體在離開日冕時的特寫圖像。
它們有望解決關於太陽的多個謎題，但最主要的還是日冕之謎和太陽風之謎。為此，“帕克太陽探測器”將穿入日冕內部來探個究竟。
“帕克太陽探測器”能在太陽週期的多個不同階段對日冕和太陽風進行採樣，並保證能在探測即將結束時經歷多次太陽暴。據推測，在太陽風暴所產生的最危險粒子中有許多是從日冕內獲得能量，而這裡正是“帕克太陽探測器”所處的地方，因此有可能觀測到太陽高能粒子事件的發生過程，並使研究人員掌握如何預報威脅航天員健康和安全的太陽高能粒子事件的技術。
在安裝太陽能電池陣列之後，使用激光照射太陽能電池並驗證它們能產生電能
該探測器能近距離觀測到耀斑、日冕物質拋射，以及激波，有助於研究和證實高能粒子加速機制，對太陽爆發活動的研究也具有重要的意義；可追蹤加熱和加速太陽日冕和太陽風的能量流動，研究太陽風源的等離子體和磁場的結構和動力學特徵，探索高能粒子的加速和運動機制。雖然當前科學家認為耀斑和激波是高能粒子加速的主要機制，但在1AU處的觀測卻無法證實這一點。
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