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帕克探测器发射在即 将最近距离“探日” 是第一个穿越日冕的探测器，肩负着探索太阳风、了解太阳高能粒子加速行进机制等任务 美国国家航空航天局(NASA)耗资15亿美元研发的帕克太阳探测器，计划于8月初发射升空前往太阳，开始为期7年的观测任务。这将是第一个穿越日冕(太阳大气最外层)的探测器，最终抵达距离太阳表面仅610万公里的位置，是迄今为止人造航天器最接近太阳的地方。帕克探测器此行将帮助人类解答一些关于太阳悬而未决的重大问题。 揭秘 1 探测器面临怎样的挑战？ 据NASA网站介绍，帕克探测器得名于美国天体物理学家尤金·帕克，这是NASA首次以还在世的科学家的名字给空间探测任务命名。帕克在1958年发现了太阳风的存在，即从太阳上层大气射出的连续带电粒子流。芝加哥大学研究创新国家实验室副主任艾瑞克·伊萨克斯说：“这个发现从根本上改变了我们理解太阳、太阳风层和总体星际空间的方式。” 同年NASA成立，当时便把近距离探日作为目标任务之一。这意味着，帕克项目已经酝酿了60年。 人类通过探测器早已实现了对月球和火星的零距离探索，为什么想靠近太阳这么难呢？航天专家、中国航天科工二院二部研究员杨宇光在接受新京报记者采访时表示，克服引力是近距离观测太阳的最大困难之一，地球围绕太阳转动的速度是30公里/秒，一个航天器想要接近太阳，必须减速，这个过程将耗费大量能量。而航天器携带的燃料越多，有效载荷就越少，那么就很难完成更多科学使命。所以这个任务设计非常复杂，探测器需要借助金星逐渐减速后再接近太阳。 另外一个难点则是百万摄氏度的高温环境。目前科学家对于探测器抵达的位置环境只有相关推测，还没有很准确的把握，当中存在许多不确定性。换句话说，这次任务是试探性的，能不能成功还很难说。 负责帕克项目的约翰霍普金斯应用物理实验室科学家尼古拉·福克斯表示，“发送这样前所未见的探测器是一项壮举，把它送入那么严酷的环境更是一项极具野心的壮举。” 揭秘 2 探测器如何抵御太阳高温？ 要解答这个问题，首先需要分清“热量”和“温度”这两个不同的概念。美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的热保护系统工程师贝奇·康登解释，虽然日冕层内温度超过一百万摄氏度，但是其中的高温等离子体的密度比较稀疏，探测器在里面穿梭时，仅与较少的热颗粒相互作用，接受到的热量是可控的。他举例称，这有点像把手伸进烤箱，虽然烤箱内部温度高达一百多摄氏度，但是手的温度不可能变成一百度。 据NASA估算，航天器进入日冕层后外表将会被加热到1400摄氏度左右，这仍是普通宇航材料无法直接应对的高温，火山喷发的熔岩一般也就只有700-1200摄氏度。为此，工程师为帕克探测器配备了尖端的热保护系统，即一个厚度约为11.5厘米的防热罩，其材料呈现三明治结构，外表是碳-碳复合物，里面夹着10厘米厚的碳泡沫。这种轻质材料外层还将涂上白色陶瓷涂料，尽可能多地反射热量。经测试，该防热罩可承受约1650摄氏度的温度，探测器在其保护之下可保持约30摄氏度的凉爽。 不过，也有不得不在防热罩之外运作的设备，比如用于测量太阳风离子和电子通量的传感器——法拉第杯，研发团队用钛锆钼合金进行打造，熔点高达2349摄氏度。此外，太阳能电池阵列也会有一部分暴露在太阳强光下，为此，太阳能电池板上布置了冷却系统，包括防止冷却剂冻结的加热罐和散热器、用于表面散热的铝散热片，还有保持冷却剂循环的泵。另外，防热罩的阴影边缘配备7个传感器，自动校准探测器的路线和朝向，确保探测设备全程受到防热罩的庇护。 揭秘 3 探测器将完成哪些任务？ NASA网站介绍，帕克探测器此行将绕太阳运行24圈，其间7次飞越金星，逐渐缩短围绕太阳旋转的轨道半径。它将配备5台仪器，用于测量与取样，主要肩负了解太阳的三大任务。 首先，探索太阳风是绕日观测的重要任务。太阳风虽然无法肉眼可见，但其实南北两极出现的极光就是太阳风进入地球磁场后引发的。据《卫报》报道，太阳风接近地球时会使磁场发生变化，可能造成电网停电、无线电通讯受到干扰等情况。人们目前对于太阳风吹向地球的机制还不是很了解，NASA希望帕克探测器飞向日冕层，观测并记录太阳风被加速到超音速的过程，帮助科学家预测太空天气的变化。中国航天科工二院二部研究员杨宇光表示，预测太阳活动对人类极为重要，因为这些活动会影响地球电离层以及大气密度，与我们日常生活息息相关。同时，太阳活动还会对航天器产生更加直接的影响。 其次，帕克会尝试解开日冕的极端高温之谜。日冕层是太阳大气的最外层，在日全食过程中，肉眼看到的那个光圈就是日冕，其厚度达到几百万公里以上。太阳的可见表面的温度大约为5500摄氏度，但是日冕的温度却超过百万摄氏度，是前者的数百倍。日冕的反常高温从何而来一直令科学家费解，因为太阳的能量是来自其核心的。 最后，了解太阳高能粒子(SEP)加速行进的机制也是任务之一。太阳高能粒子产生于太阳耀斑和日冕物质抛射，其速度可以达到光速的一半。据中国国家天文台，太阳高能粒子不仅会对人造卫星的电子设备产生干扰和损害，其辐射还会危及宇航员的生命安全。帕克探测器此行将探索是什么给太阳高能粒子加速。 ■ 盘点 全球多个国家积极筹备“探日”之旅 过去的半个多世纪里，人类从未停止对太阳的探索，仅NASA此前就已发射过十多个太阳探测器，但是从未深入到日冕层内部。至今，距太阳最近的一次飞行由NASA在1976年发射的太阳神2号探测器完成。当时太阳神2号以每小时24万公里的时速在环日轨道上运行，距太阳表面约4300万公里，以观测太阳风以及日地间的宇宙射线。 而最近的一次探日任务始于3年前。美国国家海洋和大气管理局与NASA联合研发的“深空气候观测卫星”，于2015年2月携带若干太阳和地球科研仪器发射升空，100天后到达地球与太阳之间一个稳定的拉格朗日点轨道，目前仍在运行中。据中国气象局网站报道，这是第一个用于侦测由太阳发出地磁风暴的深太空早期预警系统，可以更加可靠地预测太阳风暴。 除了NASA，全球很多国家也在积极筹备太阳探测活动。据BBC，欧洲航天局(ESA)将于今年10月发射耗资10亿欧元的太阳轨道探测器，深入到距离太阳4200万公里处。探测器将对太阳大气进行高精度的观测，还会观测太阳极区和太阳背面。印度空间研究组织也在2017年宣布，将于2019年发射名为阿迪亚L1的太阳探测器，解决太阳物理学的一些长期问题。 新京报记者 陈沁涵 原标题：帕克探测器发射在即 将最近距离“探日”|太阳探测器|发射升空|太阳能电池阵列 |
