russellhoward,迄今最接近太阳的探测器发回首批成果：揭示诡异的太阳磁场

2018 年 8 月，具有历史意义的帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）由德尔塔4 重型火箭发射升空，随后独自踏上了奔赴太阳的漫漫长路，也就此揭开了人类探索太阳的新征程！

在飞离地球的一年多时间里，Parker 已经三次近距离接触太阳，在不断靠近太阳的过程中，为了不掉入太阳的炽焰中，Parker 也顺手创下了人造航天器最快的速度纪录。

图丨帕克探测器逐渐接近太阳示意图（图片来源：NASA）

作为人类最靠近太阳的一个探测器，Paker 正在踏入一片人类未知的领域，美国海军研究实验室的太阳物理学家、负责该探测器相机的 Russell Howard 说，我们一年前假设的问题会被现在的观测结果推翻。

NASA 太阳物理学部主任 Nicola Fox 在周三进行的一个发布会上表示，这些关于恒星运行的全新信息将帮助我们更好了解太阳是如何对整个太阳系产生影响的。

暴躁的太阳风

太阳风特指由太阳上层大气射出的超高速等离子体（带电粒子）流。在太阳日冕层的高温（一百万摄氏度）下，氢、氦等原子已经被电离成带正电的质子、氦原子核和带负电的自由电子等。这些带电粒子运动速度极快，以致不断有带电的粒子挣脱太阳的引力束缚，射向太阳的外围，形成太阳风。

对地球来说，来自太阳表面的太阳风以超过 500 公里/秒的速度源源不断地向地球袭来，干扰着地球的磁场，破坏地球电离层的结构，造成无线电通信中断，甚至影响地球大气，引起火山爆发和地震。

图 | 太阳风吹向地球（图源：Wikipedia）

太阳风最终是如何被加速到 500-900 公里/秒的超高速度？研究指出太阳磁场线反转是加速加速太阳风的原因。太阳风从温度较低的日冕洞出发，沿着太阳磁场线运动，当磁场线偶然出现 180 度反转时，这些太阳风会在数秒至数个小时内呈相反的方向运动，研究认为磁场线在反转的同时会释放大量能量，作用在太阳风上推动其逃离太阳，吹向太阳系的其他地方。

而磁场线如何才能短时间内剧烈反转？目前的研究还不足以解答这个问题，科学家猜测这与太阳表面射出的等离子体运动有关。

诡异的太阳磁场

数据显示，Parker在与太阳近距离接触的过程中，大量的等离子体从太阳抛向太阳系，重重“砸”在探测器上。

但非常奇特的是，这些等离子体并不是平稳向外飞，探测器观测结果显示，等离子体在速度上非常跳跃，常常在短短几分钟内，速度陡然提升到50万公里/小时，这几乎是平时的2倍。

图 | Parker 太阳探测器热防护罩结构示意图（图源：GREG STANLEY / OFFICE OF COMMUNICATIONS）

探测器的隔热罩也被称为热保护系统，由两个碳增强材料复合层和中间夹约 4.5 英寸（11.43 cm）的碳泡沫构成。隔热罩朝向太阳的一面还涂了一层特殊的白色涂层，以尽量反射来自太阳的能量。这种材料可以抵抗约 1371 摄氏度的高温，保证仪器在约 30℃ 的环境下运转。

与大多数商业碳纤维不同，它们的碳-碳结构没有通过硬化树脂聚合在一起，因为硬化树脂会像热锅里的黄油一样，在太阳附近蒸发。为了制造隔热罩，NASA 用“切碎的碳纤维”填充树脂，然后让树脂硬化，再用 3000 度的烤炉烤它，然后重复这一过程 4 到 5 次。最终获得了缠绕在一起的碳纤维，且不含树脂和别的物质。

仅凭这些碳泡沫的隔热性能，并不足以保证探测器所需要的温度。因为在空间中并没有空气散热，唯一的散热方式是散射光并以光子的形式发出热量。因此，另一个保护措施是必需的：一个白色的保护层用来反射热量和光。

为此，约翰·霍普金斯大学的应用物理实验室与惠廷工程学院的先进技术实验室合作，组成了一个专攻隔热涂层的超豪华专家阵容，团队研究范围覆盖高温陶瓷、化学和等离子喷涂涂层。

通过进一步的测试，团队最终选择基于氧化铝的白色保护层。但这个保护层会与碳反应而在高温环境中变灰，因此工程师们在中间加了一层钨，钨层比头发丝还要薄，涂在热保护罩和白色防护层中间，以防止两层间相互反应。他们还加了纳米掺杂剂，让防护层更白并阻止氧化铝颗粒的热膨胀。

在 Parker 所处的环境温度下，光滑的涂层会像被石头击中的窗户一样破碎。反倒是均匀的多孔涂层可以承受这一极端环境，当多孔涂层中出现裂缝时，裂缝会在到达孔隙时停止。涂层由几个粗糙的颗粒层组成——每层陶瓷颗粒都有很强的反射光能力，层层配合补漏，可以将大部分光反射出去。

虽然诸多谜题还远未解开，但目前尚属年轻的 Parker 还将在未来的约 5 年时间里继续向太阳发起冲击，刷新人造航天器的速度纪录和距离纪录。

而那些关于太阳的谜题，都将随着 Parker 发回的、珍贵的极近距离太阳探测数据，而得到更多解答的可能。Parker 的任务结束日期是 2025 年 6 月，按照科学家的计划，它将在任务结束之后坠向太阳，被分解成越来越小的碎片，并成为宇宙尘埃的一部分。

NASA 公布 Parker 传回数据：

https://blogs.nasa.gov/parkersolarprobe/2019/11/12/first-parker-solar-probe-science-data-released-to-public/

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