太阳的秘密！探测器深入日冕，我们终于看清了它的真面目？

我们现在能观测的，就是来自太阳的各种信号，比如说光学信号，太阳表面又长黑子啦，或者是有出现了一次耀斑大爆发，拿望远镜就能看见，这就属于光学信号。另外呢，我们还能通过抛射的高能带电粒子来研究太阳。日冕物质大规模抛射，奔着地球就来了。咱们显然得好好研究研究。为了更好的研究这些信号，最好是发射太空探测器，摆脱地球大气的干扰，而且还可以24小时检测太阳。

对了太阳还会发出中微子，这是核聚变反应的副产品。中微子可以毫不费力的穿越整个太阳，带出很多有关太阳核心的信息，光子从太阳核心出发到太阳的表面要走十几万年，但是中微子只要2.3秒就可以了。从太阳表面到地球，大约也是8.3分钟。所以我们可以通过探测太阳中微子来了解太阳核心现在正在发生些什么事。

另外，中微子分为三种。科学家们发现了，太阳发出的中微子有一种奇怪的震荡现象，它会在几种中微子之间来回的变味。这就是所谓的“中微子震荡”，通过对中微子震荡的研究，我们就可以知道从太阳核心出发到太阳表面，内部的密度到底是如何分布的。

另外，这还存在一个非常有趣的时间差，我们今天观测到的从太阳表面发出的光子，实际上来自于17万年前。可观测到的中微子就来自于几分钟之前。所以我们通过这两者信息，就可以知道17万年前太阳的核心发生了什么事，今天太阳核心又发生了什么事，我们大致可以评估一下太阳的核心是不是稳定。

因此，咱们人类也不会放过对这些中微子信号的探测，只是探测中微子的方式有点另类，需要到地下去蹲坑守候，并不需要发射太空探测器。

进入21世纪以来，人类陆续发射了一大批太阳探测器，2006年的9月22号，由日本、美国和英国联手打造的日出号探测器成功发射。

这台探测器要解决的一个核心问题就是太阳的一切狂暴活动根源到底是什么？在此之前呢，科学家们早就怀疑了，太阳的黑子，耀斑和日冕物质抛射全都和磁场脱不了干系，但始终是没有确凿的证据。日出号就是用来找证据的。这台探测器上搭载了太阳光学望远镜、X射线望远镜、极紫外成像光谱仪三大神器，专门盯着太阳的磁层和高层大气。通过这个家伙传回来的数据，人类第1次看清了太阳磁场的精细结构，原来太阳的磁场它不是均匀的，而是像一团乱麻一样完全缠在了一起。所以这些磁场在发生断裂、碰撞、重连的时候，都会引起太阳的剧烈爆发。

这台探测器到现在为止还在坚持，还在工作。通过日出号发回的一大串数据，人类终于明白了，太阳之所以会咳嗽，会打喷嚏，全是磁场给闹的。

那为什么要发射两颗卫星呢？道理很简单呢，人有两只眼，所以人眼可以产生立体视觉，同样我们也要对太阳进行立体观测。也就是用两颗卫星从不同角度对太阳进行拍摄，然后获得太阳的立体图像。再说了，咱们人类也看不见太阳背面的动静，对吧？如果爆发点在太阳的后背。我们地球上怎么看呢？现在利用这两颗探测器，一前一后，就相当于人可以歪着脑袋冲后面看一眼，观测范围就比在地球上要广多了。

当然了，对于太阳表面看不看立体图像没什么太大意义，因为太阳本来就是个圆球。但是对于日冕物质抛射来讲，那就很有意义了，因为日冕物质抛射出的大团的带电粒子，形状是不规则的。日冕物质抛射本质上就是太阳打了个喷嚏。这一个喷嚏可不要紧，每次爆发都会向太空喷射好几亿吨高温等离子体，一旦冲到地球，后果就不堪设想了。但是过去人类只能看到这些物质抛出来的那一瞬间，然后呢，抛到哪去了你就不知道了。直到大堆的带电粒子冲进地球附近，我们才能够探测到。那你就算探测到了又能怎么样呢？这都属于马后炮了嘛。

我曾经好几次领着小朋友们去云南的抚仙湖边参观太阳观测站。在望远镜的总控大厅，看到桌子上堆了一桌子的硬盘，这观测数据量也不小了。没办法，对太阳的观测数据量总是很大的，因为刷新率太高。

当然了，人类并不满足于只是远远的对太阳进行观测。还有很多谜题等着人类去探索，比如说为什么日冕的温度居然高到了几百万℃？那太阳表面才6000度嘛，怎么可能越外层大气越热呢？大家一直对这个现象百思不得其解。还有呢，太阳风的加速机制到底是什么？太阳磁场的源头又藏在哪？这些问题都是有关太阳的千古之谜。你要想了解这一切，仅靠远远的搂两眼是不够的，你还得以身犯险去太阳里边摸两把。这个任务就是帕克探测器要完成的工作。

2018年的8月12号，帕克太阳探测器发射升空，这是人类历史上第1个真正飞进太阳日冕的探测器。这个名字呢是为了纪念著名的太阳物理学家尤金·帕克，他最早预言了太阳风的存在。但是呢他一辈子也没搞清楚太阳风到底是咋回事。没关系，他没搞定的事，由帕克探测器去替他完成这个夙愿。

所以啊，帕克探测器的难度是非常大的。这个家伙的轨道就不寻常，它是一个长椭圆，远日点在金星轨道附近，近日点大概是9.5倍的太阳半径。它已经非常贴近太阳。它距离太阳最近的时候，接收到的太阳光照强度是地球附近的500倍。所以帕克探测器实际上是要接受非常严苛的考验。它可不仅仅是被阳光照了一下，又让太阳风给吹了一下，让日冕抛射物质给砸了一下，耀斑给照了一下，被高能电子给轰击了一下，又让冷暗的宇宙给冻了一下。反正是先来三灾，就差八难了。

所以帕克探测器要承受的是冰火两重天，对着太阳的那面温度高的要死，背离太阳的那面温度低的要死，这就对帕克探测器的热管理提出了严苛的要求。首先，帕克探测器并不直接对太阳进行观测，它观测的是日冕，它已经飞到日冕里边了，所以他只要朝旁边看就行了，他不用对着太阳看，正因如此，正前面就得放上一面巨大的防护热盾，这样才能挡住太阳的高温辐射。这个热盾的直径是230厘米，也就是2米3，它的厚度是11.4厘米，可以用来抵挡太阳辐射、日冕物质抛射、耀斑、太阳风等等侵蚀。如果没有它的保护的话，后边的所有仪器就全完了，完事了，完事大吉了，吹了，吹灯了，吹灯拔蜡了……

所以这个热护盾的设计与材料选择就变得非常关键。这个护盾的外皮儿实际上是碳碳复合材料构成的。它能承受极高的温度，航天飞机返航的时候，为了承受极端的摩擦高温，在全身上下都铺设了陶瓷隔热瓦，但是。飞机的鼻子和机翼的前缘，这两个地方，就连陶瓷碗都扛不住，这个地方就必须用碳碳复合材料了。这玩意可以说是耐高温最强的一种材料了。帕克探测器的护盾靠的也是这玩意儿。

当然，为了减轻重量，同时也为了防止热量的传导，这个护盾还不能做成死疙瘩。内部铺设了一层11公分厚的碳泡沫。泡沫这个东西中间97%都是空的，所以可以非常有效地阻断热传导。

另外，碳碳复合材料的颜色不太讨喜，这玩意乌漆抹黑的，吸热太快，不行，得把它表面涂成白的。表面得涂上一层白色的氧化铝陶瓷涂层。咱们平常用的瓷器的主要成分就是氧化铝。这个玩意儿的反射率非常高，但是它有个缺点，那就是太脆了，韧性不够，所以还得向氧化铝里面添一点二氧化钛。加入了二氧化钛以后，能够提高这个涂层的致密度，提高它的韧性，耐腐蚀性和导热性，可以减少裂纹。科学家发现氧化铝在1180度附近会产生变化，随着温度的升高呢？太阳的吸收率也会升高。说人话就是被晒黑了。晒黑了，那是要影响反光率的呀。向氧化铝里面掺入一些氧化镁的杂质就可以阻止这种现象发生，让它不被晒黑。

当然，在高温下，氧化铝陶瓷会和热盾的碳元素发生化学反应，从而使它的颜色变灰，你还得防着这一手。所以在氧化铝涂层和碳纤维热盾之间，还得铺上一层金属钨的涂层，就是为了把这两者隔开。钨可是典型的耐高温金属，可以在严苛的环境之下长期使用。

由此可见呢，研制这么一个热防护盾实在是不容易，要动的心思实在太多。采取了这一系列措施以后，防护热盾正面的温度会上升到1400度，但是背后仪器舱的温度只有30度。

另外，这个热护盾必须对准太阳不能歪，如果你稍微歪了一点，屁股露出来了，只要被太阳光晒到几秒，整个探测器可能就晒化了。所以帕克探测器身上装了7个太阳传感器，就是探测现在的姿势到底准不准，如果稍微倾斜一点，有某部分露到了阴影之外。探测器马上就知道了，马上就要调整自己的姿态。

但是帕克探测器有些部分是必须直面太阳光的，不能躲在热盾的后边，那就是太阳能电池板，这可要了老命呗。所以帕克探测器的太阳能板是可以改变角度的，可以像变掠翼飞机那样向后收起。当他远离太阳飞到金星轨道附近的时候，它就必须把太阳能电池板全部展开。

等到它飞到太阳附近的时候，太阳能电池板就得向后收起来。只有顶头那个小尖尖露出去几公分晒在太阳里面，有这点阳光就足够它发电了。即便如此，为了应对高温，还得在太阳能电池板的背后设计水冷系统。把热量传到其他地方，再通过大面积的散热器散到太空里。在太空散热，只能靠热辐射了。

还有一个零部件没有办法躲在热盾的后边。这玩意儿叫做太阳探测器杯。它是用来捕捉太阳风粒子的。没办法，这东西只能用耐热金属来造，比如说用钨来造。那些电线的绝缘皮也不能用普通的塑料，普通塑料根本扛不住。电线的绝缘皮得用蓝宝石来做，你想想这玩意儿有多贵？

另外，你别忘了这玩意里面还有电路板呢。电路板也不能用普通的焊锡啊，航天专用的焊锡183摄氏度就化了呀。所以电子元器件和电路板的连接就需要用螺丝钉，咱直接拧上去总行吧。

总之，这个帕克探测器为应对高温，采取了一切能采取的措施。当然了，帕克探测器所处的那个区域，实际上已经深入到了太阳的日冕层内部了。日冕层的温度。要说数值的话，足足有好几百万度呢。但是日冕从来不是威胁，因为它的气压太低了，物质密度小的可怜，只有地球大气的好几百亿分之一。你别看它温度很高，但是没有多少热量。无法对仪器形成有效的加热，所以你不用担心它的温度，只要防住太阳光的辐射就行。

当然，从地球向太阳系内侧发射探测器，总会遇上刹不住车的问题。为什么水星探测器那么困难？原因就在于此，你直接去拜访太阳，问题会更严重。所以帕克探测器不得不一次又一次的借助金星来减速。所以帕克探测器的轨道设计是一头贴脸绕过太阳，另一边轨道在金星附近，原因就在于此。在帕克探测器的寿命周期之内，大概能路过太阳20多次吧。

那么帕克探测器带来了哪些成果呢？这事儿还得先从太阳风说起。

在我们地球附近进行观察的时候呢，太阳风是一个很均匀的等离子体流，偶尔伴有一些浪花，就是所谓的湍流。这是因为太阳风到达地球附近的时候，已经走了很远的路程了，它变得比较平静，但是它刚从太阳上发出来的时候，可不是这么老实的。

如果你把太阳风想象成在高速公路上，飞驰的车流，那么磁场呢就应该像路标一样指向前方，但是在靠近太阳的地方，帕克探测器发现啊，这些磁场会变得乱七八糟的，它会给你动不动来个发夹弯，整个弄得比秋名山还复杂。怎么会出现这种现象呢？你大概想象一下，一定是太阳磁场在到处瞎抡，就像抖绳子一样被抖成蛇形了，这个过程是会包含大量的能量释放的。

另外，太阳也在进行自转，大概是27天转一圈。所以帕克探测器发现了，太阳风也不是直直的被射出来的，而是转着圈的洒水，太阳风实际上是刮旋风。要不是帕克探测器亲自深入龙潭虎穴去走那么一遭，谁能想到有这种事呢？你在地球上也看不出来啊。更令人惊讶的是，这种旋转速度比科学家之前预想的要快了10倍。说明太阳这个家伙带动周围太阳风旋转的能力是非常强。

另外，太阳风也不稳定，所以我才会把太阳风比喻成打喷嚏和咳嗽呢，这不是均匀的喘气，能偶尔给你来个大的。当然了，因为地球距离太阳太远了，这种不稳定只有在靠近太阳的地方才能检测到，远了以后就检测不到了。

当然了，帕克探测器还在太阳附近检测到了一个无尘区，这又是怎么回事呢？有关这档子事，咱们下回再说。