剛剛過(guò)去的10月最后一天，美國(guó)宇航局帕克探測(cè)器正式成為最接近太陽(yáng)的人造探測(cè)器，但這還不是帕克探測(cè)器最接近太陽(yáng)的位置。這一天之所以成為里程碑，是因?yàn)榕量颂綔y(cè)器打破了1976年4月，太陽(yáng)神2號(hào)創(chuàng)造的距離太陽(yáng)表面4273萬(wàn)公里的紀(jì)錄，而帕克探測(cè)器的目標(biāo)是抵達(dá)距離太陽(yáng)表面大約610萬(wàn)公里的位置，顯然它的目標(biāo)還沒有實(shí)現(xiàn)。

帕克探測(cè)器在今年8月才發(fā)射升空，按軌道設(shè)計(jì)，需要到2024年才抵達(dá)最靠近太陽(yáng)的近日點(diǎn)，還有六年的時(shí)間要飛行。在今年9月30日，帕克探測(cè)器第一次飛掠金星，11月1日，帕克探測(cè)器第一次抵達(dá)近日點(diǎn)，相當(dāng)于35個(gè)太陽(yáng)半徑的位置。

按這個(gè)速度，好像很快就能夠抵達(dá)距離太陽(yáng)最近的點(diǎn)，其實(shí)并非如此。帕克探測(cè)器的軌道繞行金星和太陽(yáng)，在金星附近的時(shí)候借助金星的引力加速，然后再一次抵達(dá)近日點(diǎn)。

到2024年之前，需要完成至少7次金星借力飛掠，繞太陽(yáng)運(yùn)行24圈，這樣才能抵達(dá)距離太陽(yáng)最近的近日點(diǎn)，大約為8.86個(gè)太陽(yáng)半徑，即610萬(wàn)公里左右的距離。

任務(wù)目的

帕克探測(cè)器需要花費(fèi)數(shù)年時(shí)間才能抵達(dá)距離太陽(yáng)600多萬(wàn)公里的近日點(diǎn)上，這樣的軌道設(shè)計(jì)是為了對(duì)日冕層進(jìn)行深入研究，同時(shí)觀測(cè)太陽(yáng)外層大氣和收集太陽(yáng)風(fēng)粒子數(shù)據(jù)。1940年代，科學(xué)家在對(duì)日冕溫度進(jìn)行計(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)，日冕的溫度高達(dá)幾百萬(wàn)攝氏度，而太陽(yáng)表面的溫度只有5500攝氏度，那么是什么原因?qū)е氯彰釡囟葧?huì)達(dá)到幾百萬(wàn)的數(shù)量級(jí)呢？

這還是要從太陽(yáng)外層大氣分層結(jié)構(gòu)上說(shuō)起。太陽(yáng)大氣結(jié)構(gòu)中，最外層的是色球?qū)?，溫度大約5500攝氏度。往外則是過(guò)渡區(qū)，溫度可飆升到數(shù)十萬(wàn)攝氏度；過(guò)渡區(qū)再往外就是日冕層，其距離太陽(yáng)表面最遠(yuǎn)，溫度卻是最高的。

目前關(guān)于日冕物質(zhì)高溫的解釋有幾種，比如阿爾芬波傳遞能量、磁重聯(lián)釋放的能量等，也沒有一個(gè)確切的說(shuō)法。帕克探測(cè)器的任務(wù)就是深入日冕層，通過(guò)實(shí)地探索尋找證據(jù)，最終揭開日冕物質(zhì)的高溫之謎。

為此，帕克探測(cè)器攜帶了四大儀器，也僅僅是四個(gè)，帶太多儀器沒有用。因?yàn)榍巴?yáng)近日點(diǎn)的環(huán)境是十分險(xiǎn)惡的，弄不好就會(huì)造成儀器故障，整個(gè)任務(wù)前功盡棄。

在四大儀器中排列第一的是SWEAP太陽(yáng)風(fēng)電子、阿爾法粒子和質(zhì)子探測(cè)器，負(fù)責(zé)捕捉太陽(yáng)風(fēng)中的各種粒子，這樣我們可以知道日冕層中的物質(zhì)都由哪些粒子構(gòu)成。

第二個(gè)是廣域相機(jī)，可對(duì)日冕和太陽(yáng)風(fēng)大尺度結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接成像，建立我們對(duì)日冕的物理細(xì)節(jié)認(rèn)識(shí)。

最后兩個(gè)是ISIS-EPI綜合調(diào)查裝置和FIELDS電磁力儀，也是用來(lái)對(duì)太陽(yáng)風(fēng)進(jìn)行測(cè)量。有了這四大儀器，就可以基本掌握太陽(yáng)風(fēng)和日冕物質(zhì)的構(gòu)成，這些數(shù)據(jù)有望揭開日冕高溫之謎。

隔熱罩才是核心

正所謂不入虎穴焉得虎子，為了抵達(dá)距離太陽(yáng)足夠近的位置上，隔熱技術(shù)是最關(guān)鍵的。

約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一種隔熱裝置，由兩塊碳纖維材料夾板構(gòu)成，厚度為11.5厘米，在飛往太陽(yáng)的過(guò)程中可抵御1400攝氏度的高溫，因此我們可以看到探測(cè)的前端就一個(gè)巨大的隔熱板，表面為白色物質(zhì)，最大限度反射太陽(yáng)光。

在隔熱罩后面的儀器可以保證在不高于30攝氏度的環(huán)境中工作。由此看出，隔熱罩的作用巨大，沒它“罩著”所有的儀器都無(wú)法正常工作。

能扛住1400攝氏度的材料其實(shí)并非人類的最先進(jìn)技術(shù)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪前溫度比這個(gè)數(shù)值更高，如果要更加靠近太陽(yáng)也是可以的。但根據(jù)任務(wù)需要，抵達(dá)600多萬(wàn)公里距離上已經(jīng)足夠，可收集到與日冕高溫有關(guān)的粒子。

在帕克探測(cè)器的周圍，都安裝了多個(gè)傳感器，一旦溫度超過(guò)閾值，就會(huì)觸發(fā)探測(cè)器姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整，確保所有的儀器都處于隔熱盾的保護(hù)之下。