剛剛過去的10月最后一天，美國宇航局帕克探測器正式成為最接近太陽的人造探測器，但這還不是帕克探測器最接近太陽的位置。這一天之所以成為里程碑，是因為帕克探測器打破了1976年4月，太陽神2號創(chuàng)造的距離太陽表面4273萬公里的紀(jì)錄，而帕克探測器的目標(biāo)是抵達(dá)距離太陽表面大約610萬公里的位置，顯然它的目標(biāo)還沒有實現(xiàn)。
帕克探測器在今年8月才發(fā)射升空，按軌道設(shè)計，需要到2024年才抵達(dá)最靠近太陽的近日點，還有六年的時間要飛行。在今年9月30日，帕克探測器第一次飛掠金星，11月1日，帕克探測器第一次抵達(dá)近日點，相當(dāng)于35個太陽半徑的位置。
按這個速度，好像很快就能夠抵達(dá)距離太陽最近的點，其實并非如此。帕克探測器的軌道繞行金星和太陽，在金星附近的時候借助金星的引力加速，然后再一次抵達(dá)近日點。
到2024年之前，需要完成至少7次金星借力飛掠，繞太陽運行24圈，這樣才能抵達(dá)距離太陽最近的近日點，大約為8.86個太陽半徑，即610萬公里左右的距離。
任務(wù)目的
帕克探測器需要花費數(shù)年時間才能抵達(dá)距離太陽600多萬公里的近日點上，這樣的軌道設(shè)計是為了對日冕層進(jìn)行深入研究，同時觀測太陽外層大氣和收集太陽風(fēng)粒子數(shù)據(jù)。1940年代，科學(xué)家在對日冕溫度進(jìn)行計算時發(fā)現(xiàn)，日冕的溫度高達(dá)幾百萬攝氏度，而太陽表面的溫度只有5500攝氏度，那么是什么原因?qū)е氯彰釡囟葧_(dá)到幾百萬的數(shù)量級呢？
這還是要從太陽外層大氣分層結(jié)構(gòu)上說起。太陽大氣結(jié)構(gòu)中，最外層的是色球?qū)?，溫度大約5500攝氏度。往外則是過渡區(qū)，溫度可飆升到數(shù)十萬攝氏度；過渡區(qū)再往外就是日冕層，其距離太陽表面最遠(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，也沒有一個確切的說法。帕克探測器的任務(wù)就是深入日冕層，通過實地探索尋找證據(jù)，最終揭開日冕物質(zhì)的高溫之謎。
為此，帕克探測器攜帶了四大儀器，也僅僅是四個，帶太多儀器沒有用。因為前往太陽近日點的環(huán)境是十分險惡的，弄不好就會造成儀器故障，整個任務(wù)前功盡棄。
在四大儀器中排列第一的是SWEAP太陽風(fēng)電子、阿爾法粒子和質(zhì)子探測器，負(fù)責(zé)捕捉太陽風(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。
第二個是廣域相機，可對日冕和太陽風(fēng)大尺度結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接成像，建立我們對日冕的物理細(xì)節(jié)認(rèn)識。
最后兩個是ISIS-EPI綜合調(diào)查裝置和FIELDS電磁力儀，也是用來對太陽風(fēng)進(jìn)行測量。有了這四大儀器，就可以基本掌握太陽風(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)實驗室設(shè)計了一種隔熱裝置，由兩塊碳纖維材料夾板構(gòu)成，厚度為11.5厘米，在飛往太陽的過程中可抵御1400攝氏度的高溫，因此我們可以看到探測的前端就一個巨大的隔熱板，表面為白色物質(zhì)，最大限度反射太陽光。
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”所有的儀器都無法正常工作。
能扛住1400攝氏度的材料其實并非人類的最先進(jìn)技術(shù)，航空發(fā)動機的渦輪前溫度比這個數(shù)值更高，如果要更加靠近太陽也是可以的。但根據(jù)任務(wù)需要，抵達(dá)600多萬公里距離上已經(jīng)足夠，可收集到與日冕高溫有關(guān)的粒子。
在帕克探測器的周圍，都安裝了多個傳感器，一旦溫度超過閾值，就會觸發(fā)探測器姿態(tài)自動調(diào)整，確保所有的儀器都處于隔熱盾的保護(hù)之下。
下載文檔
