□黑布林

我們?cè)诮衲?月號(hào)的雜志上講過(guò)太陽(yáng)耀斑的秘密，沒(méi)過(guò)幾個(gè)月，人類探測(cè)器真的要飛到太陽(yáng)身邊去探秘了。11月1日，人類首個(gè)正式探訪恒星的人造物體——由美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室研制的“帕克”太陽(yáng)探測(cè)器經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的跋涉，通過(guò)嚴(yán)酷的高溫和輻射考驗(yàn)，第一次抵達(dá)距離太陽(yáng)2480萬(wàn)千米的近日點(diǎn)，開(kāi)始對(duì)這個(gè)太陽(yáng)系光和熱的制造者進(jìn)行全方位觀測(cè)。最快在12月，人類將收到從太陽(yáng)身邊發(fā)來(lái)的第一批信息。這是有史以來(lái)人類距離太陽(yáng)最近的距離，此后，這個(gè)記錄將不斷由“帕克”探測(cè)器打破。到2025年6月24日，它將進(jìn)入距離太陽(yáng)表面僅616萬(wàn)公里的熾熱太陽(yáng)大氣層，探知到太陽(yáng)深處的秘密。假設(shè)太陽(yáng)和地球的距離是1米，到那時(shí)，“太陽(yáng)觸摸者”與太陽(yáng)表面的距離僅相當(dāng)于4厘米！

最快的飛行器和最耐熱的“觸摸者”

轟隆隆隆……伴隨著巨大的轟鳴和沖天的火光，今年8月12日，北京時(shí)間下午15點(diǎn)31分，美國(guó)卡納維拉爾角空軍基地，碩大無(wú)比的“德?tīng)査奶?hào)”重型運(yùn)載火箭搭載著高3米，重646千克的“帕克”太陽(yáng)探測(cè)器奔向太空。飛行43分鐘后，“帕克”探測(cè)器順利進(jìn)入前往太陽(yáng)的軌道，開(kāi)始了為期7年的太陽(yáng)外層大氣探索之旅。

“帕克”太陽(yáng)探測(cè)器飛近太陽(yáng)時(shí)，其太陽(yáng)能電池翼將收入防熱罩的陰影內(nèi)。

太陽(yáng)距離地球約1.5億千米；太陽(yáng)直徑約139.2萬(wàn)千米，是地球直徑的109倍，體積約為地球的130萬(wàn)倍，這還只是太陽(yáng)內(nèi)部的光球?qū)哟笮?，不包括外部大得多的色球?qū)雍腿彰?。這個(gè)“光明中心”實(shí)在是太大、太遠(yuǎn)了，要到它的身邊，只能加速、不斷加速。耗資15億美元、具備高度“智慧”的太陽(yáng)探秘者，在通向太陽(yáng)的遙遠(yuǎn)旅程中以驚人的速度飛行，很快，達(dá)到每小時(shí)69萬(wàn)千米的速度。放在地球表面，這個(gè)速度相當(dāng)于從美國(guó)華盛頓出發(fā)，嗖……不到 1分鐘就抵達(dá)日本東京！“狂奔”到近日點(diǎn)后，“帕克”探測(cè)器每88天繞太陽(yáng)一圈，最終飛行速度將達(dá)到每秒200千米，將成為世界上“移動(dòng)速度最快的人造物體”。

“德?tīng)査奶?hào)”重型運(yùn)載火箭搭載“帕克”太陽(yáng)探測(cè)器升空。

我們都知道，太陽(yáng)是個(gè)灼熱的大火球，它用核聚變的方式向太空釋放著光和熱，在最熱的日冕區(qū)，也就是“帕克”探測(cè)器將要24次穿越、探測(cè)的地方，溫度高達(dá)上百萬(wàn)攝氏度，那里還有是地球風(fēng)速上萬(wàn)倍的太陽(yáng)風(fēng)暴形成的帶電粒子流。“帕克”要在這樣嚴(yán)酷的高溫和輻射環(huán)境中飛行、工作，不能不說(shuō)是人類太空探索史上的一座里程碑。

那么，這位了不起的“觸摸者”是如何抵御太陽(yáng)高溫的呢？要解答這個(gè)問(wèn)題，首先需要分清“熱量”和“溫度”這兩個(gè)不同的概念。雖然日冕層內(nèi)溫度超過(guò)100萬(wàn)攝氏度，但是其中的高溫等離子體的密度比較稀疏，探測(cè)器接受到的熱量是可控的。這有點(diǎn)像把手伸進(jìn)烤箱，雖然烤箱內(nèi)部溫度高達(dá)一百多攝氏度，但是只要不接觸烤箱壁，手的溫度就不可能變成一百多攝氏度（這樣做很危險(xiǎn)，同學(xué)們可千萬(wàn)不要去嘗試哦）。

據(jù)計(jì)算，探測(cè)器進(jìn)入日冕層后外表會(huì)被加熱到1400攝氏度左右，為此，科學(xué)家為帕克探測(cè)器配備了直徑2.3米、厚11.43厘米的碳復(fù)合材料保護(hù)罩，它能承受約1650攝氏度的溫度，探測(cè)器在其保護(hù)之下可保持約29攝氏度的涼爽。

而不得不在防熱罩之外運(yùn)作的設(shè)備，研發(fā)團(tuán)隊(duì)用鈦鋯鉬合金打造，熔點(diǎn)高達(dá)2349攝氏度；在會(huì)暴露在太陽(yáng)強(qiáng)光下的太陽(yáng)能電池上，也布置了高效率的冷卻系統(tǒng)；另外，防熱罩的陰影邊緣配備7個(gè)傳感器，自動(dòng)校準(zhǔn)探測(cè)器的路線和朝向，確保探測(cè)設(shè)備全程受到防熱罩的庇護(hù)。

整裝待發(fā)的“帕克”探測(cè)器，任務(wù)標(biāo)識(shí)上寫(xiě)著“A Mission to Touch the Sun（一項(xiàng)觸摸太陽(yáng)的任務(wù)）”。

謎團(tuán)將被解開(kāi)

太陽(yáng)可是人類生存的依靠，也是人類唯一能接近的恒星。由于太陽(yáng)外層氣體的透明度極差，人類能夠直接觀測(cè)到的是太陽(yáng)大氣層，從內(nèi)向外分為光球、色球和日冕三層。可是，由于不能抵近觀測(cè)，太陽(yáng)仍有不少未解之謎。

這些謎團(tuán)里，最主要的是日冕之謎和太陽(yáng)風(fēng)之謎。先說(shuō)說(shuō)日冕，日冕是太陽(yáng)大氣層的外部，其溫度可以達(dá)到100萬(wàn)至200萬(wàn)攝氏度。這是個(gè)有違常識(shí)的奇特現(xiàn)象，人們總認(rèn)為太陽(yáng)的溫度來(lái)自核心，離太陽(yáng)表面越遠(yuǎn)時(shí)，溫度應(yīng)該越低，但事實(shí)卻正好相反，太陽(yáng)大氣層底部的光球?qū)訙囟戎挥写蠹s5500攝氏度。

困擾科學(xué)家的另一個(gè)謎團(tuán)是太陽(yáng)風(fēng)。所謂太陽(yáng)風(fēng)就是從太陽(yáng)上層大氣向整個(gè)太陽(yáng)系不斷射出的超聲速等離子體帶電粒子流，它的時(shí)速可以達(dá)到每小時(shí)數(shù)百萬(wàn)千米。當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)猛烈襲擊地球時(shí)，會(huì)產(chǎn)生美麗的極光，但同時(shí)也會(huì)干擾衛(wèi)星通信和導(dǎo)航系統(tǒng)。然而令人驚奇的是，在靠近太陽(yáng)表面的地方，卻并沒(méi)有任何明顯的強(qiáng)風(fēng)存在，但當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)抵達(dá)太陽(yáng)系行星時(shí)，卻變成了真正的“狂風(fēng)”，是地球風(fēng)速的上萬(wàn)倍。那么，在太陽(yáng)和行星之間究竟是什么因素使得太陽(yáng)風(fēng)有那么高的速度呢？

另外，了解太陽(yáng)高能粒子加速行進(jìn)的機(jī)制也是“帕克”的任務(wù)之一。太陽(yáng)高能粒子產(chǎn)生于太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射，其速度可以達(dá)到光速的一半。它不僅會(huì)對(duì)人造衛(wèi)星的電子設(shè)備產(chǎn)生干擾和損害，其輻射還會(huì)危及宇航員的生命安全。據(jù)推測(cè)，在太陽(yáng)風(fēng)暴所產(chǎn)生的最危險(xiǎn)粒子中，有許多是從日冕內(nèi)獲得能量，而這里正是“帕克”太陽(yáng)探測(cè)器所處的地方。

“帕克”探測(cè)器攜帶了四組儀器，可測(cè)量電場(chǎng)、磁場(chǎng)，探測(cè)太陽(yáng)風(fēng)的成分，并拍攝日冕圖景。在此次歷險(xiǎn)中，它將24次穿過(guò)日冕，而且飛得離太陽(yáng)越來(lái)越近，對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行近距離深入探測(cè)，其結(jié)果將解答眾多困擾科學(xué)家已久的疑問(wèn)，預(yù)測(cè)影響地球的重大空間天氣事件，保護(hù)地球生命安全。

集中“火力”探測(cè)

“帕克”太陽(yáng)探測(cè)器是目前最先進(jìn)的太陽(yáng)探測(cè)器，但人類探測(cè)太陽(yáng)的腳步早已邁出，未來(lái)還有更宏偉的藍(lán)圖。

從1962年3月美國(guó)發(fā)射世界首顆太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星——軌道太陽(yáng)觀測(cè)臺(tái)一號(hào)以來(lái)，美國(guó)、歐洲、日本相繼發(fā)射了數(shù)十顆太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星，太陽(yáng)之謎被一點(diǎn)點(diǎn)揭開(kāi)。

在已發(fā)射過(guò)的太陽(yáng)探測(cè)器中，最著名的要算1990年升空的“尤利西斯”極區(qū)太陽(yáng)探測(cè)器。它由美國(guó)與歐洲聯(lián)合研制，是人類首個(gè)有能力對(duì)太陽(yáng)幾乎所有緯度進(jìn)行觀測(cè)的探測(cè)器。2006年10月25日，美國(guó)發(fā)射了世界第一對(duì)“孿生”太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星——“日地關(guān)系觀測(cè)臺(tái)”。它們?nèi)缤说碾p眼一樣“注視”太陽(yáng)，首次為人類展示太陽(yáng)黑子爆發(fā)時(shí)的全景三維圖像。2010年2月9日，美國(guó)“太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)觀測(cè)臺(tái)”衛(wèi)星升空，其太陽(yáng)圖像分辨率比以往的太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星提高了10倍，能更準(zhǔn)確、更及時(shí)地預(yù)測(cè)空間天氣。

明年，以歐洲航天局為主研制的“太陽(yáng)軌道器”將發(fā)射，將在距太陽(yáng)約4200萬(wàn)千米的范圍內(nèi)活動(dòng)，成為首個(gè)能直接為太陽(yáng)兩極拍照的探測(cè)器。它將和“帕克”探測(cè)器協(xié)同工作，揭開(kāi)太陽(yáng)風(fēng)的“廬山真面目”。同時(shí)，印度和俄羅斯也將發(fā)射新一代太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星。

我國(guó)將在“十三五”期間發(fā)射“先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)”，它運(yùn)行于太陽(yáng)同步軌道，能同時(shí)觀測(cè)太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射。日食是因?yàn)樵铝琳趽跆?yáng)而形成，是科學(xué)家觀測(cè)日冕的絕佳機(jī)會(huì)，但這樣的時(shí)機(jī)稍縱即逝。由日食的機(jī)制，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心的科學(xué)家想到了深入地球的陰影里，去觀測(cè)太陽(yáng)的特別辦法——“地掩天蝕”觀測(cè)設(shè)想：在距離地球約140萬(wàn)公里處，太陽(yáng)、地球、望遠(yuǎn)鏡三者的相對(duì)位置保持不變，且地球能恰好完全遮擋太陽(yáng)，在這個(gè)位置對(duì)日冕發(fā)出的光線進(jìn)行觀測(cè)，揭開(kāi)太陽(yáng)的秘密。