帕克酝酿60年下月发射"探日" 是第一个穿越日冕的探测器
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。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。
■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。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。另外，防热罩的阴影边缘配备7个传感器，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，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。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。
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。帕克探测器此行将探索是什么给太阳高能粒子加速。
●盘点
多个国家筹备“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，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。
除了NASA，全球很多国家也在积极筹备太阳探测活动。据BBC报道，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。
原标题：帕克酝酿60年下月发射"探日" 是第一个穿越日冕的探测器
值班主任：翟羽
