2018飛向日冕我們從未離太陽這么近

模擬效果圖（來源于網(wǎng)絡(luò)） 

科學(xué)家們夢想著有朝一日能夠飛向日冕。就在上周，美國宇航局（NASA）宣布太陽探測器（SP+）任務(wù)已經(jīng)進(jìn)入2018年發(fā)射前的最后研發(fā)階段。

一直以來，太陽對于人類而言，既熟悉又陌生。NASA發(fā)射太陽探測器，期望它能帶回更多關(guān)于地球“母星”的重要信息，了解恒星的演化。

據(jù)了解，太陽探測器將深入太陽外層大氣，探測在那里遇到的等離子體、磁場和波、高能粒子和塵埃。它們也對太陽探測器軌道附近以及日冕底部的偶極結(jié)構(gòu)的日冕結(jié)構(gòu)成像。

“防曬”決定它能不能活下來

按原定計(jì)劃，這枚探測器將在2018年7月31日于佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地由三角洲4號重型火箭攜載發(fā)射升空。

在為期6年的任務(wù)中，太陽探測器將逐漸靠近太陽，那到底有多近呢？

探測任務(wù)的設(shè)計(jì)以及金星的引力使得它到太陽表面的距離不會小于8.5個(gè)太陽半徑。在這個(gè)距離上觀測太陽，會比從地球上看到的大23倍，在這里太陽亮度和熱量則會高出500倍。

探測器里面的電子元件必須在一定溫度范圍內(nèi)才能正常工作，果殼網(wǎng)主筆、天文學(xué)家虞駿在接受科技日報(bào)采訪時(shí)表示，如何做好隔熱工作，是設(shè)計(jì)面臨的難題。

面對如此高溫，太陽探測器又將如何生存呢？據(jù)了解，整個(gè)探測器將被置于一塊直徑2.7米、厚15厘米，由碳泡沫復(fù)合材料制成的“太陽擋板”之后，而這塊“擋板”面臨的是超過1400℃的高溫和強(qiáng)烈的輻射。

此外，強(qiáng)照度、輻射以及塵埃的撞擊都是需要納入考慮的。多方面的建模和創(chuàng)新是設(shè)計(jì)的主旋律，而平衡則成為設(shè)計(jì)的核心問題。為了不讓太陽探測器“赤膊上陣”，設(shè)計(jì)師們克服著各種挑戰(zhàn)。虞駿指出，軌道設(shè)計(jì)需要做一些非常細(xì)致的規(guī)劃，安全性和成本都是需要攻克的難題。

解開太陽風(fēng)“加速”謎團(tuán)

太陽探測器的重要使命之一，就是揭開日冕和太陽風(fēng)的奧秘。日冕的溫度是困擾科學(xué)家多年的謎團(tuán)之一。太陽外部大氣層，有些地方溫度竟然超過100萬攝氏度，比太陽表面溫度還要高上數(shù)百倍。倘若你將一支溫度計(jì)伸到太陽表面，那么它的表面溫度大約是6000攝氏度。但是，當(dāng)溫度計(jì)距離太陽表面更遠(yuǎn)時(shí)，溫度卻沒有更低。對此，科學(xué)家們一直疑慮重重。

太陽風(fēng)則是困擾科學(xué)家們的第二個(gè)謎團(tuán)。太陽向整個(gè)太陽系噴射太陽風(fēng)，這種熾熱的帶電粒子風(fēng)，時(shí)速可以達(dá)到每小時(shí)數(shù)百萬英里。但令人驚訝的是，在太陽的表面，沒有任何強(qiáng)風(fēng)存在，可當(dāng)太陽風(fēng)抵達(dá)太陽系行星時(shí)，卻變成了“狂風(fēng)”。

科學(xué)家懷疑，在太陽和行星之間存在一些未知因素，從而讓太陽風(fēng)獲得了如此高的速度。至今，高速太陽風(fēng)的成因依舊是個(gè)未解之謎。太陽探測器采用大視場成像儀（WISPR）來觀測，過去從來沒有一個(gè)探測器能夠在如此有利的位置上以這樣高的分辨率觀察過太陽。當(dāng)它掃描過日冕的時(shí)候，WISPR將對它進(jìn)行斷層成像，不過其成像跨度只能達(dá)到90度到150度。

此外，日冕一面“沸騰”一面“冰凍”的現(xiàn)狀也困惑著科學(xué)家。日冕中的粒子看上去似乎是從不同的方向被加熱的。日冕中垂直于磁場方向的等離子體溫度要比沿著磁場的高出10倍或者20倍。這就好比有一桶水，從一個(gè)方向看它在沸騰，但是從另一個(gè)方向看它卻是冰凍的。

取得太陽磁場第一手資料

太陽探測器的另一項(xiàng)重要任務(wù)是探測磁場及太陽的其他部分，以預(yù)測下一次噴向地球的太陽耀斑將發(fā)生于什么時(shí)候。

人們一直想弄明白為什么太陽每11年會轉(zhuǎn)換一次磁性，從幾乎沒有太陽黑子的虛弱體轉(zhuǎn)變成會噴射太陽耀斑的怪物，隨后在再次轉(zhuǎn)換磁性之前變回虛弱體。虞駿指出，黑子、耀斑，都跟太陽的磁場活動有密不可分的關(guān)系，這次，太陽探測器能夠較近距離拿到第一手資料，對太陽及附近的環(huán)境、大氣、磁場等進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的探測。

更準(zhǔn)確地預(yù)測太陽活動

太陽和人類的日常生活是密切相關(guān)的，不光是給人類帶來光和熱，其實(shí)太陽的活動也可能給地球帶來影響。小到極光爆發(fā)，大到地磁暴，甚至可能導(dǎo)致各種各樣的災(zāi)難。此外，如果太陽活動爆發(fā)太強(qiáng)烈的話，有可能使大氣層外不受保護(hù)的人造衛(wèi)星大范圍地失效。

探測器發(fā)射后，有利于更準(zhǔn)確地預(yù)測太陽活動，提高大氣層外空間天氣預(yù)報(bào)的精度。

如今大家出行主要是通過GPS進(jìn)行導(dǎo)航，GPS的衛(wèi)星信號也有可能受到太陽活動的影響，從而導(dǎo)致GPS導(dǎo)航出錯(cuò)。虞駿說，探測器成功發(fā)射后，可能提醒你今天幾點(diǎn)幾分GPS會不準(zhǔn)，開車要小心，這是對日常生活比較明顯的影響。

順路去看看金星

太陽探測器目前正由約翰—霍普金斯應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室建造。該實(shí)驗(yàn)室表示，太陽探測器附加任務(wù)是一項(xiàng)真正意義上的探索任務(wù)，探測器將靠近太陽，從亞音速級到超音速級觀測太陽風(fēng)的速度，它還將飛越最高能太陽粒子的誕生地。

虞駿在接受科技日報(bào)采訪時(shí)說道：“為了能夠靠近太陽，飛向日冕展開科學(xué)觀測，探測器將先后7次飛越金星，借助金星引力進(jìn)行減速。盡管探測器的主要任務(wù)是探測太陽，但經(jīng)過金星的時(shí)候也會順便對金星展開相應(yīng)觀測，增加我們對這顆行星的了解。”

虞駿表示，當(dāng)太陽探測器靠近太陽時(shí)需要抵御超高溫度，最近時(shí)可達(dá)到590萬千米，比水星最靠近太陽時(shí)還要近7倍。這個(gè)距離大大超過了以前的所有探測器能夠接近太陽的最近距離。（郭盈）

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那些拜訪過太陽的前輩們

其實(shí)早在上世紀(jì)60年代后，為探索太陽的秘密，世界各國就不遺余力發(fā)射各類太陽探測器。

       如美國的軌道觀測站、國際日地探險(xiǎn)者、太陽峰年衛(wèi)星以及蘇聯(lián)的預(yù)報(bào)號、質(zhì)子號、宇宙號衛(wèi)星等。美德聯(lián)合研制的太陽神號探測器，在上世紀(jì)70年代中期曾抵達(dá)離太陽4000萬公里以外的地方，觀測了太陽表面及其周圍空間。1990年，美國發(fā)射了尤利克斯號太陽探測器，這個(gè)重達(dá)385公斤，用钚核反應(yīng)堆做動力的探測器4年后飛抵太陽南極并環(huán)繞飛行，第一次全方位觀測了太陽。