頂住1370度超高溫一頭扎入太陽，人類第一次觸摸到這個龐然大物

出品：川陀太空

全文4180字，24張圖

從2000年至2007年，美國宇航局尤利西斯探測器三次略過太陽極區，都探測到了高緯度輻射風暴的存在，開啟了新一輪人類對太陽觀測與監視的序幕。2010年，NASA太陽動力學天文台SDO升空，建立了一周7天、一天24小時全天候無盲區監視太陽表面一舉一動的觀測機制。

這樣的觀測是建立空間天氣預報的基礎，因為來自太陽粒子風暴的威脅較大，對軌道衛星、地面電網的干擾不小。太陽作為一顆G2V主序星，我們應該將其當做是一顆恆星來研究，美國宇航局為此規划了LWS「與恆星共存」的日地系統觀測計劃，今天我們要說的PSP探測器就是LWS計劃中的一員，中文名稱為帕克太陽探測器，簡稱SPP。

關於帕克探測器的基本情況這裡僅僅簡單描述一下基本參數，因為網路上有很多譯電，這些中英文搬運工基本可以較為完整地描述SPP探測器的基本概況，比如任務、軌道、目的等等，那麼我們就不喜歡做這類重複而無用功、沒有特點的文章，我們要講的內容基於SPP探測器，讓讀者們不僅能夠了解這個敢摸太陽的玩意兒，還能知道與其相關的一些不為人知的趣聞軼事。

基本套路還是要打一下，經過川陀太空調查發現，SPP探測器在8月12日發射之後，預計在10月前抵達金星，完成第一次金星軌道借力。在11月1日左右第一次抵達近日點，然後開始長達7年的對日觀測。期間完成24次繞日軌道飛行，7次金星借力，任務預計在2025年結束。

繞日軌道近日點0.04AU，遠日點0.73AU，在NASA的任務設計中，要求SPP探測器進入10倍太陽半徑之內的軌道，這也是本次任務的亮點之處。

人類探測器第一次進入1倍太陽半徑的距離，精確值在9.86個太陽半徑，並且保持至少14個小時的飛行時間。許多人不知道10倍太陽半徑是個什麼改變，川陀太空對此進行對比下，探索水星的信使號探測器距離太陽的最近點為65倍太陽半徑，相當於0.302個AU（天文單位），而1976年還有一個探測器Helios 2號抵達了62.4倍太陽半徑的距離上，這兩個就是以前的記錄。

那麼這一次，SPP探測器要把距離提升到10倍太陽半徑，這是一個不小的突破。那麼近日點9.86個太陽半徑何時到來，川陀太空認為要到2024年才能實現，所以你不要以為SPP探測器好像今天發射了過幾天就能達到去摸太陽，其實探測器要經過7次金星借力，在2024年才抵達任務要求的9.86個太陽半徑位置。這才是本次任務高潮的地方，所以你還得忍6年。

美國宇航局設置24次繞日軌道飛行也經過嚴格的觀測模擬而定製的，因為SPP探測器不是孤軍奮戰，SPP探測器每次抵達近日點的時候，地球的位置與近地點都沒有重疊，這樣地面上的觀測站、天文台可以與SPP探測器完成對太陽表面不同角度的聯合觀測。出品：川陀太空。當然有一點是忌諱的，在近日點的時候太陽不能位於地球和SPP探測器中間，隔著太陽也想找招呼，人類還沒有這樣的能力。

SPP探測器作為一個價值15億美元的深空觀測平台，造價也說明其地位的重要性，相當於半個旗艦級探測器的造價，也顯示出NASA對SPP探測器的重視程度。沒有比較就沒有發言權，SDO造價也只有8億美元，所以能達到15億美元的造價，也足夠顯示其是有點分量的。

於是問題就來了，為什麼NASA要花這麼多錢去研究太陽？而且非要抵達10倍太陽半徑的距離上，NASA要找的答案是什麼呢？

川陀太空認為SPP探測器要解決4個主要問題：確定太陽風源的磁場結構和動力學、跟蹤加熱日冕和太陽風的能量流、確定太陽加速高能粒子的機制、探索近太陽空間環境塵埃等離子體現象及其它們對太陽風和高能粒子產生的影響。其中日冕高溫之謎和太陽風加速問題是最核心的兩個點，要圈起來。出品：川陀太空。

日冕高溫之謎

NASA花了15億美元，就是要解決這個問題，川陀太空認為，日冕物質異常高溫至少從19世紀就已經被察覺，當時的情況是這樣的：也就是在1840年鴉片戰爭之後，西方科學家開始將注意力轉向太陽，在日全食觀測中發現了5303A的譜線，也稱為冕綠線，一時間那群科學家開心得不得了，以為發現了什麼新元素，但又不知道這條譜線是怎麼搞出來的，整天在那兒YY什麼未知元素。出品：川陀太空。

這也不能怪它們，在19世紀初的時候，經典物理學剛剛被愛因斯坦修理了一遍，還沒緩過勁兒來。

一直到1941年，日本成功偷襲珍珠港的那會兒，瑞典物理學和天文學教授Bengt Edlén突然開竅了，第一個在日冕中發現了這條譜線是怎麼搞出來的，並且計算出日冕的溫度。

這一算可不得了，發現5303A譜線來自鐵原子13次電離所產生，這意味著日冕的溫度必須會達到百萬K的級別，太陽表面的溫度也在6000K，憑什麼在太陽表面上方一側過渡層內溫度卻可以達到百萬K的級別。川陀太空提示，色球層的溫度在5500多攝氏度（1萬華氏度），再往外就是過渡區，溫度達到2萬至100萬攝氏度（4萬至180萬華氏度），然後再往外一點，就是日冕了，平均溫度為幾百萬攝氏度。

這是一種很奇特的加熱方式，用「隔山打牛」來形容絕對是OK的。從1941年到今天，這個問題還沒有一個很好的解釋。川陀太空認為，目前有兩種解釋，第一種是波動加熱理論，指出光球層的湍流在沿著太陽磁力線運動，向上傳播能量，比如阿爾芬波確實能夠向上傳播能量，但是這玩意如何在色球層和日冕之間跨區域傳播，目前無人能夠解釋。出品：川陀太空。第二種說法是磁重聯機制，很簡單 ，各種磁場重聯後在日冕層釋放能量，完成隔山打牛。

日冕層高溫還導致了一個悖論，根據熱力學定律，如果色球層有高溫溫度，那麼它們不可能不向色球層傳遞能量，恰恰相反，卻往色球層幾百公里外的日冕層傳遞能量，這不就是違反熱力學定律了嗎。說得通俗一些，色球層肯定出了內鬼，老往外搬東西，也可能是色球層是背鍋的，因為太陽表面下的上升流可達到每秒100公里以上，也有可能是光球層出了問題。

保護傘：帕克探測器熱保護系統

要找到答案，通過陸基望遠鏡、空間望遠鏡肯定是不行的，不入虎穴焉得虎子？美國人也懂得這個道理，所以SPP探測器的第一要務就是不斷靠近太陽，對日冕物質進行接觸取樣。這就是為什麼SPP探測器要抵達10倍太陽半徑的近日點上，很多媒體沒有講清楚，他們就告訴你美國人造了一個很牛逼的玩意，要打破什麼記錄之類，創造了什麼里程碑，然後就不告訴你為什麼要這麼做。但是，川陀太空會告訴你，這就是科普。

言歸正傳，我們明白要揭開日冕高溫之謎，就是直搗黃龍，直接抵達10倍太陽半徑的位置，那麼此時，美國宇航局就遇到了一個難題，也是SPP探測器核心的技術之一：熱防護系統。

15億美元造價還真不算貴，在美國宇航局內部的TRL技術準備等級中，熱防護系統為4級，不算高，但也不低。熱防護系統位於SPP探測器的最前面，這是一個僅僅10對厘米厚的隔熱罩，但卻可以扛住1400攝氏度的超高溫。熱防護罩直徑為2.3米，基本上把整個探測器都保護住了，你猜猜看，防護罩面對太陽的一面最高溫度可達到1400攝氏度，那在罩後面的各種儀器的溫度為多少？答案是29攝氏度左右。

1400攝氏度應該不算是目前航空航天級材料中能夠承受的最高溫度，因為在頂級的軍用航空發動機中，渦輪前溫度比這個更高，比如F119渦輪前溫度可達到1600攝氏度，因此NASA願意砸錢，SPP探測器可以更靠近太陽。

SPP探測器上的熱防護系統材料為兩塊碳碳複合材料，裡面還有一個夾層，我們看到熱防護罩表面被塗成了白色，這是因為可最大限度反射太陽光。在最靠近太陽的10倍太陽半徑位置上，熱防護裝置可保證探測器以每小時70萬公里的速度移動，相當於每秒200公里的速度。正是由於優秀的熱防護能力和新的飛行控制軟體，讓SPP探測器能夠抵達10倍太陽半徑的位置。那麼接下來，我們再說說最後一個關鍵環節，抵達之後該做些什麼。

最核心的技術：四大儀器

SPP探測器上最核心的技術要數四大儀器，這也是15億美元造價中最貴的地方。這四大儀器分別為SWEAP太陽風電子、阿爾法粒子和質子研究裝置、WISPR廣域成像儀、ISIS-EPI綜合調查裝置和FIELDS電磁場調查儀。這些儀器其實很枯燥，主要的技術部分，我們只要明白這些儀器長什麼樣，在SPP探測器的什麼位置，以及功能是什麼就好。

第一個，SWEAP太陽風電子、阿爾法粒子和質子研究裝置，位於SPP探測器的後方。由史密森天體物理中心開發，包含SPC探測器和SPAN分析儀兩個部件。SPC探測器很關鍵，這是測量太陽風的裝置，直接部署在隔熱罩邊緣，因此熱環境是很差。

SPC探測器是第一道關卡，探測太陽風流動的方向，這對觀測日光層內部事件的發生非常重要，因為太陽風正對的方向一般也是日冕物質拋射的源。SPAN分析儀有兩個部分，分別為SPAN-A和SPAN-B，位於探測器的尾部，對向安裝，可探測來自太陽方向一定角度撞擊探測器的電子。

SPC探測器上使用的FC法拉第杯是個很成熟的技術，美國宇航局經常將這個裝置放在探測器上，探測等離子體。比如旅行者1號和2號上都有，還有先鋒探測器等，都用過FC法拉第杯。既然SPC探測器安裝在SPP探測器額隔熱罩邊緣，那麼其表面溫度也差不多達到1600攝氏度以上，這也是探測器上溫度最高的地方。出品：川陀太空。

WISPR廣域成像儀的定位就很簡單了，有海軍研究實驗室開發，本質上就是一個望遠鏡，可形成太陽日冕的圖像，確定日冕的三維結構。出品：川陀太空。

ISIS-EPI綜合調查裝置其實是一個高能粒子探測器，由美國西南研究所開發，其目的是找到太陽高能粒子的來源和加速機制，因此在0.02-200 MeV/nuc能譜上都能夠工作，對來自太陽的高能電子、質子以及重離子進行探測。ISIS-EPI綜合調查裝置還有兩個EPI-Lo和EPI-Hi組合裝置，EPI-Lo可探測25-1000keV的高能電子。

從外形上看，EPI-Lo裝置很有意思，相關盾牌，而且有八個面，每個面上有10個孔。高能粒子就是通過這些孔，直接抵達後面的光電通路上，我們就可以得到高能粒子的速度和能量。EPI-Hi測量低keV的高能電子，從0.5到6 keV。

這就是10個收集高能粒子的孔，一共有8個，構成了一個穹頂的造型。

最後一個FIELDS電磁場調查儀由加州大學伯克利分校空間科學實驗室研發，其搜索線圈磁力計感測器由CNES法國國家空間研究中心資助。該儀器由5個電壓和3個磁感測器構成，分布在探測器的四周。

從以上分析可以看出，NASA花了15億美元造了SPP探測器也算是在太陽觀測與研究方面再投入重金，目的就是要解釋日冕高溫的謎團，還有太陽風的加速之謎，這兩個謎團如果能夠解決，那麼關於太陽的一些奧秘也會得到解釋。

還有一定很重要，川陀太空認為要從恆星的角度看我們的太空，SPP探測器其實研究的是一顆G2V主序星，與恆星有關的能量釋放機制在宇宙中比比皆是，如果我們搞定了太陽，那麼相當一部分恆星也一樣能夠搞定，要想有朝一日進行星際航行，這些都是技術儲備。歡迎關注川陀太空微信公眾號。

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