[科普中国]-人类首次近距离接触太阳：帕克身负防热“盾牌”首次直接飞入日冕

地球上生物的生长发育都离不开太阳，食物链的源头是植物，有了太阳光，地球上的植物才能进行光合作用合成有机物，为人和动物提供了充足的食物和氧气。太阳对于我们如此重要，我们对它的了解却微乎其微。目前，我们主要是凭借太阳望远镜在地球上从去了解太阳，而太阳内部究竟是怎样的运作机制，此前很难通过近距离的探测进行研究。科学家们也只能通过日震学和光谱分析等方式进行解读，然而那个球体是如此巨大，内部之复杂几乎让人摸不着头绪，因而至今也没有清晰准确的太阳模型和运作机制。太阳——太阳系里唯一的恒星，其温度由内向外变高太阳如同神灵一般主宰着太阳系。它是太阳系里唯一的恒星，是太阳系的中心天体。太阳系中的八大行星、小行星、流星、彗星、外海王星天体以及星际尘埃等，都围绕着太阳运行即公转，并从它那里获得光和热。太阳非常大，直径大约是139万公里，相当于地球直径的109倍；体积大约是地球的130万倍。从化学组成来看，现在太阳质量的大约四分之三是氢，剩下的几乎都是氦，包括氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%，采用核聚变的方式向太空释放光和热。太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区、对流层和大气层。由于太阳外层气体的透明度极差，人类能够直接观测到的是太阳大气层，从内向外分为光球、色球和日冕3层。光球表面另一种著名的活动现象便是太阳黑子。黑子是光球层上的巨大气流旋涡，大多呈现近椭圆形，在明亮的光球背景反衬下显得比较黑暗，但实际上它们的温度高达4000摄氏度左右，倘若能把黑子单独取出，一个大黑子便可以发出相当于满月的光芒。紧贴光球以上的一层大气称为色球层，平时不易被观测到，过去这一区域只是在日全食时才能被看到。日常生活中，一般离热源越远处温度越低，而太阳大气的情况却截然相反，光球顶部接近色球处的温度差不多是4300摄氏度，到了色球顶部温度竟高达几万摄氏度，再往上，到了日冕区温度陡然升至上百万摄氏度。人们对这种反常增温现象感到疑惑不解，至今也没有找到确切的原因。图注：太阳结构帕克——身负防热“盾牌”第一个飞入日冕的探测器，比以往任何一个航天器都更接近太阳自60年代以来， 世界各国发射了许多太阳探测器，如前苏联的质子号、宇宙号卫星，美国的太阳神号、先驱者号、旅行者号探测器等，都肩负观测太阳的使命。1990年10月6日， 美国发现号航天飞机将尤利西斯号太阳探测器送入太空，把对太阳的探测活动推向一个新的阶段。通过研究“尤利西斯”号发回的数据，研究人员大大扩展了对由带电粒子组成的太阳风的认识。图片来源：NASA官网美国宇航局（NASA）2017年5月31日在芝加哥大学威廉?埃克哈特研究中心宣布，将于2018年8月发射一个高约3米、身穿12厘米厚碳复合保护罩的太阳探测器——帕克太阳探测器。不同于历史上的任何航天器，它将直接飞入太阳外层大气层日冕所在轨道上，探索和观测太阳外部，了解太阳风。它可承受高达1400摄氏度的炽热和辐射，这个温度钢铁都要快融化了。它在最靠近太阳的地方（距离太阳表面仅616万公里）会以每小时72万公里的速度飞行，这将是人类探测器首次如此近距离接触太阳。根据最近一次日程调整，帕克探测器预计会在8月11日发射（时间仍有可能继续调整）。这将是一个历史性的任务，是人类探测器有史以来首次进入太阳的大气层（或日冕），比以往任何一个航天器都更接近太阳。该探测器大概需要近7年时间，经过七次金星借力飞行才能抵达最后的轨道。帕克探测器的主要科学目标是了解太阳风如何加速，以及日冕极端高温的原因。这些都是很重要的科学和太空探测问题。太阳会周期性地产生耀斑，并伴随着日冕物质抛射事件，此时太阳表面会释放大量物质和电磁辐射进入太空，危险的带电粒子可能会在整个太阳系产生影响。帕克探测器能够如此近距离探测太阳，归功于它的高超热防护功能。防护罩位于用钛框架构造的大型散热器的顶部。在航天器飞往太阳表面的过程中，这种结构使太空船的有效载荷始终保持在阴凉黑暗的阴影中。实际上，设计这艘飞船的科学家和工程师更关心的是，航天器上的科学仪器和设备在任务期间会冻结而不是融化。为了避免这种情况，这些仪器和设备的外部都用热毯包裹，并与单独的太阳能加热器配对。这些仪器保持在约28摄氏度的舒适温度。图片来源：JHU APLNASA第一次以健在人物命名航天器帕克太阳探测器用以纪念太阳风科学的先驱、芝加哥大学名誉教授、天文学家尤金?帕克，这是NASA第一次以健在人物命名航天器。1958年帕克发表了一篇论文，叫做《行星际气体和磁场的动力学》。讲的是超声速太阳风理论，挑战了当时国际上的权威观点。但他始终坚持自己的理论，后来借助1962年成功进行的金星探测任务：水手2号采集到的数据，他的理论最终被证实是正确的。NASA指出，近距离探测太阳，将回答一些长期以来困扰着天文学家的难题，有助于揭示太阳的运行机制，了解太阳与行星、地球的关系，提高人类预测太空天气的能力，改善会影响地球生命的主要天气事件，以及协助太空卫星和航天员的观测。作者| 钱航 中国科学院国家空间科学中心博士 现中国运载火箭技术研究院总体设计部型号设计师责编| 曾丹文章由腾讯科普“科普中国头条创作与推送项目”团队推出转载请注明来自“科普中国”图片：NASA官网https://www.nasa.gov/content/goddard/parker-solar-probe-images