周六凌晨，一輛汽車大小的NASA宇宙飛船將踏上前往太陽系中心的旅程，在那里它將與炙熱的太陽大氣層混合。這個飛行器是Parker太陽能探測器，預計要飛到離太陽400萬英里以內的地方，這比以前任何人造飛行器都要近。從有利的方面來看，該探測器有望解決困擾科學家半個多世紀的太陽及其大氣層之謎。

NASA長期以來一直希望將一架飛行器送入太陽的大氣層，但這種任務直到最近幾十年才被認為是不可能完成的。這個被稱為日冕的區域充滿了微小的高能粒子，可以達到300萬華氏度以上。任何靠近這一區域的冒險飛行器都必須有先進的保護措施才能防止被融化。但由于碳制造和其他關鍵工程領域的進步，NASA已經能夠制造出一種具有最先進的隔熱罩和其他關鍵冷卻系統的飛行器。結果是：該航天器將在太陽系中一些最熱的地方保持室溫。

事實上，太陽的日冕層比太陽表面要熱300倍，沒有人知道為什么。Johns Hopkins University太陽探測任務的項目科學家Nicola Fox對the Verge(一家美國科技媒體網站)說：“為什么會這樣呢?”因為這個區域非常熱，以至于日冕層實際上以超音速的速度加速并脫離太陽的巨大引力。這些被稱為太陽風的東西向四面八方噴射出高能量粒子，然后猛烈撞擊周圍的行星。”

Parker的任務是調查分離效應的機理，以及為什么大氣比它的源頭熱得多。NASA的戈達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center)的資深研究科學家Eric Christian告訴the Verge說:“我們試圖從地球上研究這些東西，但我們需要研究的所有標記以及所有的信息在距離回到地球的9300萬英里的路上被毀壞了。我們必須到信息源頭去。”

神秘的日冕

計劃向太陽的日冕發射探測器的計劃可以追溯到1958年，也就是NASA成立之初。在宇航局成立之初，一個特別委員會列出了14項NASA應該執行的任務，包括訪問太陽系的所有行星。除了一項任務外：:在太陽附近進行探測，所有14項任務都以某種形式完成。

正當NASA制定長期目標時，一位名叫Eugene Parker的年輕天體物理學家發表了一篇關于恒星如何釋放能量的新理論。他預測，像我們太陽這樣的恒星的大氣層會變得非常熱，以至于它們的大氣層會不斷地向外流動，把圍繞它們的所有行星都包裹在粒子中。Parker想出了一個術語“太陽風”來描述這種現象。科學界的大多數人一直對太陽風的存在存有爭議，直到1962年，NASA一艘名為“水手2號的航天器冒險進入深空，并首次實際測量了太陽風的粒子。

60年后，NASA 終于制造出了它的太陽能探測器，并以這個人的名字命名。現在，飛船的設計是為了回答Parker的工作提出的問題:是什么導致大氣層變得如此熾熱和一直處于運動狀態?

由于太陽風一直在對我們進行“襲擊”，更好地理解這些機制可能在地球上有實際的應用。“這就像我們是湍急的溪流中的一塊巨石，”Fox說，“我們在河口下游，但我們正在感受這種快速移動的太陽風的影響。”通常情況下，地球周圍的大磁場會保護我們不受太陽風的影響，這有點像一把宇宙傘。但無論何時，只要太陽向我們發射出一大片粒子，地球周圍就會發生變化。

大量的太陽風實際上可能會攜帶一塊太陽磁場，這與我們地球的磁場相沖突。這可能導致被稱之為太空天氣事件，因此可能會產生一些重大后果。首先，猛烈的太陽風可以會加劇我們星球周圍的輻射，破壞衛星。強烈的太陽風也會使地球的大氣層變得更加密集，從而加快衛星脫離軌道。地面上的電子系統也受到太陽風的影響。大流量系統通過大氣層流動，它們將流經任何導電的物體，例如電網和海底電纜，這些都可能導致斷電。

科學家們很難預測太空天氣，因為他們對太陽動力學的影響知之甚少。很多人希望Parker 太陽能探測器能改變這種情況。“對太空天氣的預測比對陸地天氣的預測晚40到50年，”Christian說，“我們正在進行基礎科學研究，希望我們也能擁有預測太空天氣的能力。”

近距離接觸太陽卻不會有被融化的風險

Parker太陽能探測器將于美國東部時間8月11日凌晨3點33分在佛羅里達州卡納維拉爾角發射。它將乘坐由聯合發射聯盟(United Launch Alliance)制造的Delta IV重型火箭升空，該火箭將把探測器快速送往太陽系內部。在發射6周后，Parker將從金星附近飛過，之后會稍微改變它的路線。另一個6周后，它將進入日冕層。在7年的時間里，Parker將圍繞這顆恒星運轉24圈，并6次從金星附近飛越。這樣的話，隨著時間的推移，它能更接近太陽表面。

隨著Parker周圍環境變熱，該飛行器必須保持低溫。這就是為什么航天器的隔熱層如此重要。它是由一層厚的泡沫核心組成——大約97%的空氣——夾在兩層碳-碳復合材料之間。總的來說，它的重量只有160磅，即使隔熱層上升到2500華氏度，它也可以讓Parker保持在華氏85度，。“在過去的10到15年里，我們在碳復合材料和碳泡沫材料上所做的所有工作，讓我們能夠做到這一點，”Christian說，“盡管如此，他們還是花了幾年時間才開發出隔熱罩，然后才完成了航天器的其他部分。因為沒有隔熱罩，我們就完成不了任務。”

隔熱層并沒有覆蓋整輛飛行器，只安裝在它的一側。而且隔熱層必須一直在航天器和太陽之間，這樣航天器才能工作。考慮到Parker將以每小時43萬英里的速度飛行，這是一項非常嚴峻的任務。為了固定飛行位置，Parker擁有先進的位置控制系統，這意味著飛行器必須始終保持在正確的位置飛行。Parker也必須自主工作，因為從地球發出的無線電信號需要大約8分鐘才能到達飛船。這就是為什么Parker擁有一套傳感器，這樣可以讓航天器知道它是否傾斜得太厲害以及是否需要調整它的位置。這樣，航天器和它的四套儀器在整個任務中都保持在恒定的溫度中。

不僅僅是儀器需要冷卻。Parker的太陽能電池板也需要一種方法來抵御熱量。盡管太陽能電池板依賴于太陽，但像大多數電子產品一樣，在高溫下無法正常工作。Fox說:“如果你試想下7月份把手機遺留在汽車前座會發生什么。你回來的時候，手機已經關機，并且還會出現其他各種故障。這就是為什么Fox的太陽能板的電池里會不斷地流淌著水柱來降溫。此外，太陽能板安裝在“肩關節”上，它可以用來將太陽能板伸向太陽，或將太陽能板一直塞到航天器的身體里。這樣，當Parker接近太陽表面時，太陽能板就不會暴露在高溫中。

所有這些技術將助力Parker完成它的任務：直接測量日冕。飛行器的儀器將測量這個區域內粒子的密度、成分、溫度、電荷和速度。Parker還將直接測量太陽的磁場，這被認為是為日冕提供動力和能量傳輸的關鍵。宇宙飛船還將研究被稱為等離子波的一種大氣層的特征。每當粒子在日冕內部移動時，它們就會像一艘船一樣在海洋表面產生波浪。Fox說：“所以不同類型的波告訴我們那里發生了的物理現象，他們看起來像指紋。”

所有這些細節都有助于科學家更好地理解太陽為什么會有這樣的行為。但執行這次任務的團隊也對可能會出現發現意外情況感到興奮。

“雖然我們已經擁有關于是什么在加速太陽風的理論，我們的儀器就是為了證明這個問題而設計的，”Christian說，“但我肯定會有一些事情完全出乎我們的意料，而這就是做科學的樂趣所在。”

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