帕克太阳探测器：勇闯太阳的炽热之旅

在浩瀚无垠的宇宙中，太阳作为太阳系的中心，一直以来都是科学家们探索的重点对象。它炽热的光芒和持续释放的太阳风，不仅为地球带来了光明与温暖，更对整个太阳系的空间环境产生决定性影响。为了更深入地研究这位神秘的“太阳主人”，美国国家航空航天局（NASA）于2018年8月12日，在佛罗里达州的卡纳维拉尔角航天发射场，成功发射了“帕克”太阳探测器，开启了一段前所未有的太阳探索之旅。

在任务期间，帕克太阳探测器将以史无前例的近距离来研究太阳。

“帕克”太阳探测器这个名字源自太阳物理学的先驱尤金·纽曼·帕克，这是NASA首次以在世科学家的名字命名其航天器，以此表彰他对太阳研究的杰出贡献。这艘重达685千克的探测器，搭乘着德尔塔Ⅳ重型运载火箭（配备Star-48BV上面级），如同一颗璀璨的流星划破天际，直奔太阳而去。它的使命是以前所未有的近距离观测太阳，重点研究太阳大气层，尤其是百万度高温的日冕的奥秘，以及太阳风的产生机制和加速过程。

为了实现这一宏伟目标，“帕克”太阳探测器采用了一系列先进的技术和设计。其中，最为关键的就是它的革命性热防护系统。由于探测器需要抵近太阳表面进行观测，因此它必须能够承受约1370摄氏度的极端高温和强烈的太阳辐射。为此，科学家们为探测器设计了一层厚达11.43厘米的碳纤维复合材料外衣，这层外衣如同一位无畏的骑士，守护着探测器内部的精密仪器免受高温的侵袭。同时，外衣外部还涂有特制白色陶瓷层，以高效反射阳光并降低温度，确保探测器能够在如此严酷的环境下正常工作。

“帕克”太阳探测器曾在模拟太阳辐射环境的真空舱内进行长达八周测试。

除了热防护系统外，探测器的飞行轨道设计也是其成功的关键所在。为了确保探测器的安全，并使其能够在近日点达到创纪录的约600万千米距离接近太阳，科学家们精心规划了其利用金星引力辅助的椭圆形轨道。在轨道周期中，探测器只会在太阳附近停留短暂的观测窗口进行科学探测和数据收集，其余时间则处于远日点进行数据传输和设备冷却。这种精妙的轨道设计，不仅最大限度保障了探测器的安全，还使其能够以最优效率完成科学任务，为我们揭示更多关于太阳的奥秘。

“帕克”太阳探测器还携带了四个主要科学载荷，用于全方位观测和数据收集。首先是太阳风电子、阿尔法粒子及质子探测仪（SWEAP），它能够精确测量太阳风中带电粒子的速度、密度和温度等关键参数，为研究太阳风的起源与演化提供了第一手数据。其次是太阳综合科学探测仪（IS☉IS），它专门捕捉并分析太阳耀斑和日冕物质抛射产生的高能粒子，揭示太阳爆发活动的奥秘。第三个是广角日冕成像仪（WISPR），它能够对日冕物质和太阳风进行高分辨率成像，帮助科学家直观认识太阳的外层大气结构。最后是电磁场探测仪（FIELDS），它将持续监测太阳的电场和磁场变化，为研究太阳的磁流体动力学过程提供重要依据。

探测器配备了各种复杂仪器

自2018年发射以来，美国宇航局的帕克太阳探测器已经成功完成了二十余次对太阳的近日飞掠任务。每一次飞掠都刷新了人类探测器最接近太阳的纪录，并让我们对太阳有了更深入的认识。例如，探测器首次在太阳风中观测到了磁场方向的快速逆转现象，这一发现被命名为“蛇形反转”，对于理解太阳风的起源与演化过程具有重要意义。此外，探测器还首次确定了慢速太阳风的具体源头位于日冕洞边缘，并通过高精度仪器提供了关于日冕加热和太阳风加速机制的关键数据。这些突破性发现不仅填补了太阳物理研究的关键空白，还为空间天气预报提供了重要的科学依据。

在帕克太阳探测器的研制过程中，NASA创新性地开展了一项公众参与活动。他们邀请全球公众提交自己的名字，并将这些名字刻录在探测器上的特制记忆卡中。这项活动最终吸引了超过113万名参与者，其中包括《星际迷航》主演威廉·夏特纳等名人。这张载满名字的记忆卡伴随探测器飞向太阳，不仅象征着人类与太阳的特殊联系，更彰显了人类对宇宙探索的永恒追求。

一张储存了110多万个名字的记忆卡与一块牌匾被安装在帕克太阳探测器上

安装在帕克太阳探测器上的除了科学仪器，还有一块刻满参与者姓名的记忆卡与commemorative纪念牌匾。按计划，帕克太阳探测器将在未来几年内继续其探测任务。随着探测器逐步将近日点距离缩小至约600万千米，深入太阳日冕层进行更精细观测，科学家预期它将解开更多关于太阳的未解之谜。这些研究成果将大幅提高我们对太阳活动规律及其对地球空间环境影响的理解，为航天活动安全和地球磁层保护提供更可靠的支持。

文中图片均来源于《How it works》杂志

作者：《how it works》科普团队

审核：白鹏 航天科技集团十一院 研究员