史无前例！NASA探测器将踏上前往太阳系中心的旅程 挑战日冕层百万度高温

周六凌晨，一辆汽车大小的NASA宇宙飞船将踏上前往太阳系中心的旅程，在那里它将与炙热的太阳大气层混合。这个飞行器是Parker太阳能探测器，预计要飞到离太阳400万英里以内的地方，这比以前任何人造飞行器都要近。从有利的方面来看，该探测器有望解决困扰科学家半个多世纪的太阳及其大气层之谜。

NASA长期以来一直希望将一架飞行器送入太阳的大气层，但这种任务直到最近几十年才被认为是不可能完成的。这个被称为日冕的区域充满了微小的高能粒子，可以达到300万华氏度以上。任何靠近这一区域的冒险飞行器都必须有先进的保护措施才能防止被融化。但由于碳制造和其他关键工程领域的进步，NASA已经能够制造出一种具有最先进的隔热罩和其他关键冷却系统的飞行器。结果是：该航天器将在太阳系中一些最热的地方保持室温。

事实上，太阳的日冕层比太阳表面要热300倍，没有人知道为什么。Johns Hopkins University太阳探测任务的项目科学家Nicola Fox对the Verge(一家美国科技媒体网站)说：“为什么会这样呢?”因为这个区域非常热，以至于日冕层实际上以超音速的速度加速并脱离太阳的巨大引力。这些被称为太阳风的东西向四面八方喷射出高能量粒子，然后猛烈撞击周围的行星。”

Parker的任务是调查分离效应的机理，以及为什么大气比它的源头热得多。NASA的戈达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Center)的资深研究科学家Eric Christian告诉the Verge说:“我们试图从地球上研究这些东西，但我们需要研究的所有标记以及所有的信息在距离回到地球的9300万英里的路上被毁坏了。我们必须到信息源头去。”

神秘的日冕

计划向太阳的日冕发射探测器的计划可以追溯到1958年，也就是NASA成立之初。在宇航局成立之初，一个特别委员会列出了14项NASA应该执行的任务，包括访问太阳系的所有行星。除了一项任务外：:在太阳附近进行探测，所有14项任务都以某种形式完成。

正当NASA制定长期目标时，一位名叫Eugene Parker的年轻天体物理学家发表了一篇关于恒星如何释放能量的新理论。他预测，像我们太阳这样的恒星的大气层会变得非常热，以至于它们的大气层会不断地向外流动，把围绕它们的所有行星都包裹在粒子中。Parker想出了一个术语“太阳风”来描述这种现象。科学界的大多数人一直对太阳风的存在存有争议，直到1962年，NASA一艘名为“水手2号的航天器冒险进入深空，并首次实际测量了太阳风的粒子。

60年后，NASA 终于制造出了它的太阳能探测器，并以这个人的名字命名。现在，飞船的设计是为了回答Parker的工作提出的问题:是什么导致大气层变得如此炽热和一直处于运动状态?

由于太阳风一直在对我们进行“袭击”，更好地理解这些机制可能在地球上有实际的应用。“这就像我们是湍急的溪流中的一块巨石，”Fox说，“我们在河口下游，但我们正在感受这种快速移动的太阳风的影响。”通常情况下，地球周围的大磁场会保护我们不受太阳风的影响，这有点像一把宇宙伞。但无论何时，只要太阳向我们发射出一大片粒子，地球周围就会发生变化。

大量的太阳风实际上可能会携带一块太阳磁场，这与我们地球的磁场相冲突。这可能导致被称之为太空天气事件，因此可能会产生一些重大后果。首先，猛烈的太阳风可以会加剧我们星球周围的辐射，破坏卫星。强烈的太阳风也会使地球的大气层变得更加密集，从而加快卫星脱离轨道。地面上的电子系统也受到太阳风的影响。大流量系统通过大气层流动，它们将流经任何导电的物体，例如电网和海底电缆，这些都可能导致断电。

科学家们很难预测太空天气，因为他们对太阳动力学的影响知之甚少。很多人希望Parker 太阳能探测器能改变这种情况。“对太空天气的预测比对陆地天气的预测晚40到50年，”Christian说，“我们正在进行基础科学研究，希望我们也能拥有预测太空天气的能力。”

近距离接触太阳却不会有被融化的风险

Parker太阳能探测器将于美国东部时间8月11日凌晨3点33分在佛罗里达州卡纳维拉尔角发射。它将乘坐由联合发射联盟(United Launch Alliance)制造的Delta IV重型火箭升空，该火箭将把探测器快速送往太阳系内部。在发射6周后，Parker将从金星附近飞过，之后会稍微改变它的路线。另一个6周后，它将进入日冕层。在7年的时间里，Parker将围绕这颗恒星运转24圈，并6次从金星附近飞越。这样的话，随着时间的推移，它能更接近太阳表面。

随着Parker周围环境变热，该飞行器必须保持低温。这就是为什么航天器的隔热层如此重要。它是由一层厚的泡沫核心组成——大约97%的空气——夹在两层碳-碳复合材料之间。总的来说，它的重量只有160磅，即使隔热层上升到2500华氏度，它也可以让Parker保持在华氏85度，。“在过去的10到15年里，我们在碳复合材料和碳泡沫材料上所做的所有工作，让我们能够做到这一点，”Christian说，“尽管如此，他们还是花了几年时间才开发出隔热罩，然后才完成了航天器的其他部分。因为没有隔热罩，我们就完成不了任务。”

隔热层并没有覆盖整辆飞行器，只安装在它的一侧。而且隔热层必须一直在航天器和太阳之间，这样航天器才能工作。考虑到Parker将以每小时43万英里的速度飞行，这是一项非常严峻的任务。为了固定飞行位置，Parker拥有先进的位置控制系统，这意味着飞行器必须始终保持在正确的位置飞行。Parker也必须自主工作，因为从地球发出的无线电信号需要大约8分钟才能到达飞船。这就是为什么Parker拥有一套传感器，这样可以让航天器知道它是否倾斜得太厉害以及是否需要调整它的位置。这样，航天器和它的四套仪器在整个任务中都保持在恒定的温度中。

不仅仅是仪器需要冷却。Parker的太阳能电池板也需要一种方法来抵御热量。尽管太阳能电池板依赖于太阳，但像大多数电子产品一样，在高温下无法正常工作。Fox说:“如果你试想下7月份把手机遗留在汽车前座会发生什么。你回来的时候，手机已经关机，并且还会出现其他各种故障。这就是为什么Fox的太阳能板的电池里会不断地流淌着水柱来降温。此外，太阳能板安装在“肩关节”上，它可以用来将太阳能板伸向太阳，或将太阳能板一直塞到航天器的身体里。这样，当Parker接近太阳表面时，太阳能板就不会暴露在高温中。

所有这些技术将助力Parker完成它的任务：直接测量日冕。飞行器的仪器将测量这个区域内粒子的密度、成分、温度、电荷和速度。Parker还将直接测量太阳的磁场，这被认为是为日冕提供动力和能量传输的关键。宇宙飞船还将研究被称为等离子波的一种大气层的特征。每当粒子在日冕内部移动时，它们就会像一艘船一样在海洋表面产生波浪。Fox说：“所以不同类型的波告诉我们那里发生了的物理现象，他们看起来像指纹。”

所有这些细节都有助于科学家更好地理解太阳为什么会有这样的行为。但执行这次任务的团队也对可能会出现发现意外情况感到兴奋。

“虽然我们已经拥有关于是什么在加速太阳风的理论，我们的仪器就是为了证明这个问题而设计的，”Christian说，“但我肯定会有一些事情完全出乎我们的意料，而这就是做科学的乐趣所在。”