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作者｜荷包君 来源｜北美留学生日报 当中国人被问题疫苗，偷税漏税明星，或者闹分手闹出轨的小鲜肉刷屏的时候，美国的NASA又成就了一件推动人类文明进步的大事儿。 可惜，这件上了全世界热搜的事儿，却在中国很少有人在关注。 人类真的可以“触摸”太阳吗？ 这是几代科学家一直缠绕在心中的疑问和梦想。 图源来自nasa 太阳，一直被我们被定义为一个时刻都在燃烧着的炙热火球，它燃烧自己发出的光芒，照亮了人类的生命之源。 但与此同时，它也既神秘，又危险，所有在它身边哪怕一触即过的物体都会瞬间化为乌有。 但就在北京时间 8 月 12 日，具有历史意义的帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）在美国佛罗里达州卡的纳维拉尔角空军基地发射成功。 经过了43 分钟的飞行，虽然期间经历了第三级疑似失联的惊险时刻，但还好最终有惊无险，帕克探测器成功与火箭分离，独自踏上了奔赴太阳的漫漫长路。 就此，揭开了人类“接触太阳”的壮烈旅程。 图源来自nasa “帕克”（Parker）名字的由来是为了纪念研究太阳和太阳风的尤金·帕克 (Eugene Parker) 博士。 图源来自travelstoryofagirl.com 他在1958年首次预测太阳风的存在，之后他还提出了超音速太阳风理论，预测了太阳系外太阳能磁场的帕克螺旋形状。 在接下来的几十年里，人类发射了不少太阳探测器，如太阳神号、尤利西斯号、SOHO号。 但转眼60年过去了，还有一些重要的问题悬而未决，因为这些探测器离太阳还是太远了。 例如，为什么日冕的温度比太阳表面要高出上百万摄氏度？太阳风是怎么被加速到超音速的？…… 这些问题，都需要一颗离太阳更近的探测器来解答。 这个以帕克命名的卫星，就将成为有史以来距离太阳最近的太空探测器。 图源来自cnn 那帕克到底飞得离太阳有多近呢？ 1.5亿km，是地球到太阳的距离。 4600万km，是水星近日点离太阳的距离，只有日地距离的1/3。 630万km，就是帕克号离太阳表面最近的距离，是水星距离太阳最近距离的1/7。 这已经到达太阳大气层的距离了。 图源来自nasa 约翰霍普金斯大学应用物理实验室的项目科学家福克斯博士解释说。 “想像一下，如果太阳和地球的距离是1米，那帕克距离太阳只有4厘米。” 而如此近距离的接触太阳，带来了两个巨大的挑战： 首当其冲的是温度的考验。 距推算，飞船朝向太阳的一侧的外表面，温度高达1400℃。 假设你是一个在地球轨道上的 1 平方米大的卫星，太阳到达你身上的能量大约是 1350 瓦，但是帕克要到达的位置是比这个位置近约 25 倍的地方，也就是每平米隔热罩大约要承受 85 万瓦能量。 如果算上面积，Parker 太阳探测器需承受约300万瓦的能量。
为此，人们必须找到能抵抗前所未有超高温度的材料，可以说，如果没有热保护系统（TPS），就没有帕克。 探测器的隔热罩也被称为热保护系统（TPS），是由两个碳增强材料复合层和中间夹约11cm的碳泡沫构成。 图源来自nasa 这种复合热保护罩，厚达11cm，将能抵抗来自太阳的强光，这一隔热罩在10 年前还不可能造出。 隔热罩朝向太阳的一面还涂了一层特殊的白色涂层，以尽量反射来自太阳的能量。
图：（左）帕克号的防热盾反射来自太阳的热的假想图；（右）防热盾的实物图。 来源：NASA 这种材料可以抵抗约1371℃，保证仪器在约 30℃环境下运转。 另一个重要的考验是太阳风。
图源来自wired 太阳风是太阳系内主要的高能粒子辐射源之一，它可以轻而易举影响地球的磁场，破坏地球的通讯系统，并且影响人类的身体健康。
太阳风概念示意图 美国国家科学院最近的一项研究估计，如果不得到预警，一场巨型太阳风事件仅对美国就可能致损2万亿美元，整个美国东海岸地区可能停电1年。 而太阳风辐射的范围之大，足以阔及整个太阳系。
图源来自nasa 帕克号将深入太阳风的起源地，也是太阳风最密集的地方 在这里，帕克号将面临太阳系最大能量密度的太阳风辐射的考验。 为了能够到达遥远的太阳，帕克也将创造人造物体有史以来最快速度的记录。
图源来自nasa 它只有一辆小汽车那么大，体重1400磅，据估计，其将以每秒200千米绕太阳运行，是目前最快速度的保持者——“赫利俄斯2号”的速度的差不多3倍 以这种速度，足以在1秒钟内从费城飞到华盛顿特区，5秒从北京飞到上海。 而即便这么快，帕克仍然需要耗费7年才能抵达太阳大气层，期间要进行7次飞掠金星，围绕太阳飞行24圈，每飞一圈都会更接近太阳，直至抵达日冕层。
图源来自nasa 当然，为了要实现以上的几大目标，帕克要经过长时间且复杂的变轨操作。 根据 NASA 的介绍，之所以帕克要7次飞掠金星，是要借助其引力来实现轨道调整，从而使探测器更接近太阳。
帕克探测器逐渐接近太阳示意图 （图片来源：NASA） 值得一提的是，这个实现“触摸太阳”的复杂的轨道，是华裔科学家Yanping Guo设计的。
她不仅是帕克号的轨道设计和导航项目负责人，也是2006年飞向冥王星的新视野号探测器的轨道设计者。 2004年，国际天文联合会（IAU）将28513号小行星命名为Guo，以纪念她为人类探索太阳系所做的杰出贡献。
设计者在“帕克”太阳探测器上设置了四个仪器，分别是FIELDS电磁力计、WISPR广角相机、SWEAP太阳风粒子探测仪、ISʘIS集成探测仪。
图源来自nasa 1. FIELDS电磁力计 用于测量太阳大气层中的电磁场。 其中四根2米长的天线直接从防热盾的四周延伸开来，可以通过调节模式来分别测量快太阳风和慢太阳风的性质——对，你没看错，这意味着这四根天线将和隔热盾一起完全暴露在最高1400摄氏度的高温下，因此它是用抗高温材料铌合金制成的。 另外还有一根磁力计天线（天线上栓了三个拳头大小的磁力计），像尾巴一样拖在帕克号身后，会完全被防热盾保护起来。 2. WISPR广角相机 WISPR相机只有鞋盒大小，用于对日冕和太阳风的大尺度结构直接拍照成像。在如此近的距离，WISPR相机有望拍到更少干扰的日冕结构原本的样子。 同时，WISPR相机将成为把大尺度日冕结构和通过其他仪器探测到的具体物理细节联系在一起的桥梁。 WISPR配有两个望远镜成像系统，这部分用的技术和材料完全是常规操作。望远镜棱镜用的BK7玻璃，相机用的CCD传感器，这些都已经通过验证完全能在帕克号所处的极端环境中满足探测需要。
图：WISPR相机的两个望远镜成像系统。 （图源来自NASA）
当然，你一定想到了，既然WISPR相机被防热盾挡在身后了，那还能拍到什么吗？ 确实，防热盾挡住了绝大部分太阳光，但这恰恰让原本相对不明显的日冕变得清晰起来了，就像是“人造日全食”似的。 对此，WISPR项目的项目负责人Russell Howard表示：“天然日全食当然很好，但从数据获取的角度来说我更喜欢我们的WISPR相机，毕竟它可以连续工作，7×24小时无休”。
图：WISPR的两个相机预计可以拍到的视角。来源：NASA
3. SWEAP太阳风粒子探测仪
用于测量和分析太阳风中各种粒子（电子、质子、氦离子等）的数量、速度、密度、温度等性质，让我们更好地了解太阳风和日冕等离子体里有什么。
SWEAP探测仪有两个部分，一部分叫SWEAP SPC，用于探测，另一部分叫SWEAP SPAN用于分析。 SPC其实就是一个法拉第杯，是一个用来测量带电粒子入射强度的真空金属杯，内部用蓝宝石来隔离各个组件。
图：SWEAP SPC的位置（红圈），黄圈是下面会讲到的SWEAP SPAN B （图源来自nasa）
SWEAP SPAN在帕克号两侧各安了一个（SPAN A+和B），比SPC有更广的视角，可以探测到更多区域，但更重要的是，SPAN可以直接对探测到的粒子根据质荷比进行分类。
图：SWEAP SPAN A+的位置（黄圈），和SPAN B分列帕克号机身两侧。 （图源来自nasa）
位于前侧的SWEAP SPC和分立两侧的SWEAP SPAN A和B，几乎相当于是对帕克号所处空间中太阳风粒子的全方位无死角探测了。 4. ISʘIS集成探测仪
中间那个ʘ代表太阳，ISʘIS的使命是探明日冕和太阳风中各种粒子（电子、质子和离子）的生命周期。 它告诉我们：这些粒子是从哪里来的？是如何被加速的？如何从太阳运动到星际空间的？
ISʘIS也有两部分：EPI-Lo和EPI-Hi。 EPI-Lo和EPI-Hi分工明确，前者负责低能粒子，后者负责高能粒子，两者分工协作可以把来自日冕和太阳风的各种能量粒子都“扫荡”一遍，包括SWEAP太阳风粒子探测仪探测不到的那些粒子。
图：ISʘIS的两部分。来源：NASA |
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