自從我們誕生之初，太陽每天從地平線升起，讓地球沐浴在陽光普照的溫暖中。太陽是祥和謙恭的，但太陽爆發(fā)（超級太陽風(fēng)暴）會給現(xiàn)代人類帶來無盡的災(zāi)難。所以，從古至今我們一直對太陽充滿感激、好奇和敬畏！2018年帕克太陽探測器發(fā)射升空！這艘杰出的無人宇宙飛船，至今保持著人類探測器最接近太陽表面的記錄850萬公里，并以高達(dá)每秒200公里的速度成為速度最快的人造物體，隨著探測計劃的不斷進(jìn)行，帕克太陽探測器將不斷刷新自己創(chuàng)造的記錄。
近距離看太陽是什么樣的？太陽能給人類帶來哪些災(zāi)難？太陽引力又強(qiáng)溫度又高，帕克太陽探測器都有哪些黑科技，完成不可能完成的任務(wù)？
近距離看太陽是什么樣的？當(dāng)我們凝視太陽表面時，能看到什么？
作為太陽系的核心，太陽是我們唯一可以詳細(xì)觀察的恒星。我們對太陽了解的越多，對銀河系乃至其他星系的了解就越多。
幾十年來，天文學(xué)家使用多種工具，包括地面望遠(yuǎn)鏡和空間望遠(yuǎn)鏡來觀測研究太陽。太陽是一個巨大的球體，由難以想象的熾熱等離子體組成。它沒有固體表面，我們看到的“表面”被稱為光球?qū)印?shù)萬年之前形成的光子，經(jīng)過不斷反彈，最終掙脫太陽的束縛，經(jīng)過8分20秒射到地球，到達(dá)人類身邊，溫暖著萬物。雖然我們稱它為表面，但光球?qū)訉?shí)際上是太陽大氣層的第一層，也是我們可以直接觀察到的最深層。它大約有500公里厚，考慮到太陽69，5500公里的半徑，這一層相對較薄。光球?qū)拥臏囟燃s為6300攝氏度，這使其足以熔化鉆石。
這是使用井上建太陽望遠(yuǎn)鏡拍攝的，是迄今為止最高分辨率的光球?qū)訄D像。顯示出太陽表面最小30公里的細(xì)節(jié)。光球?qū)泳拖褚诲佒蠓械臒釡距焦距矫爸鵁霟岬臍馀?。這種魔幻的等離子冒泡很好解釋，來自太陽內(nèi)部的熱等離子體上升到表面，在對流過程中冷卻并下沉，與水在沸騰的鍋中冒泡同理。在明亮區(qū)域可以看到熾熱的新上升等離子體，而黑暗邊緣則冷卻并沉入太陽內(nèi)部，最小的結(jié)構(gòu)據(jù)估計也有中國青海省那么大。
散布在整個光球?qū)拥倪€有太陽黑子，它們呈現(xiàn)出黑色暗斑特征。這些比地球還大的區(qū)域，溫度只有2000~3000攝氏度比周圍環(huán)境要冷得多，所以看起來很暗。太陽黑子是由強(qiáng)大的太陽磁場干擾引起的，這些磁場太強(qiáng)了，以至于一些熱量無法逸出并到達(dá)表面。磁場非?；钴S，經(jīng)常糾纏、交叉、重組，同時引起突然的、強(qiáng)大的能量爆炸。我們看到太陽上突然亮一塊，叫它太陽耀斑。
大部分時候耀斑還伴隨著日冕物質(zhì)拋射，這些物質(zhì)是含有數(shù)十億噸帶電粒子的巨大氣泡，以極高的速度沖向太空。這就形成我們上面說的超級太陽風(fēng)暴。
太陽能給人類帶來哪些災(zāi)難？
幾十億年后，太陽變成紅巨星會吞噬地球，人類也無法幸免。當(dāng)然這個時間跨度太長，最近的災(zāi)難也是有的--超級太陽風(fēng)暴。
1859年9月1日，英國天文學(xué)家理查德·卡靈頓發(fā)現(xiàn)太陽表面出現(xiàn)湍流現(xiàn)象，這是有史以來最猛烈的太陽爆發(fā)（超級太陽風(fēng)暴）之一。太陽爆發(fā)被科學(xué)家稱為日冕物質(zhì)拋射。超過數(shù)十億噸的太陽粒子朝地球的方向襲來。根據(jù)卡靈頓的觀測數(shù)據(jù)，科學(xué)家現(xiàn)在估計太陽爆發(fā)的速度超過了每小時800萬公里。全世界都能看到它的影響。北極光和南極光通常只在兩極出現(xiàn)，但是那天晚上，它們一直延伸到熱帶地區(qū)。英國儀器記錄了劇烈的地磁波動。電報線路火花帶閃電的成片燒毀，三個月后才得以修復(fù)。
1989年3月，太陽風(fēng)暴敲響了現(xiàn)代警鐘。一場太陽風(fēng)暴摧毀了加拿大魁北克電網(wǎng)，導(dǎo)致600萬人斷電長達(dá)9小時。據(jù)統(tǒng)計，這次太陽風(fēng)暴給魁北克電網(wǎng)造成了一千萬美元的直接損失，而停電給用戶造成的間接損失則高達(dá)數(shù)億美元。太陽耀斑大約以11年為一周期呈現(xiàn)出有規(guī)律的爆發(fā)高峰期。在高峰期內(nèi)的2周半時間里，科學(xué)家們記錄了17次太陽爆發(fā)，其中包括有史以來最大的太陽X射線爆發(fā)。太陽粒子損壞了28顆通信衛(wèi)星，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)停擺30個小時。
2003年，萬圣節(jié)太陽風(fēng)暴并沒有影響到地球。光子沖擊波橫掃火星，其強(qiáng)度之大，以至于燒毀了火星全球勘測者探測器上的輻射監(jiān)測器。具有諷刺意味的是，這臺儀器的設(shè)計初衷是，研究人類探險家未來在地球以外的任務(wù)中可能遇到的輻射。此時在前往遙遠(yuǎn)太陽系邊緣途中的兩艘旅行者號宇宙飛船，記錄下了相同的太陽能脈沖。雖然太陽風(fēng)暴對身處地表的人類健康沒有威脅，但它會對現(xiàn)今這個日益依賴能源和技術(shù)的世界構(gòu)成重大威脅。
美國國家科學(xué)院曾發(fā)表一篇報告認(rèn)為，像1859年那樣的超級太陽風(fēng)暴，僅第一年就可能給地球造成1至2萬億美元的損失。并且這種量級的超級太陽風(fēng)暴，大約每150年就會襲擊地球一次。照這個速度，不久之后地球可能還會再來一次。每一次猛烈的爆發(fā)，太陽都會放出另一個線索和警告，讓我們?yōu)橄乱淮纬壧栵L(fēng)暴做好準(zhǔn)備。所以，我們才認(rèn)真研究太陽，防患于未然，為迎接下一次挑戰(zhàn)做準(zhǔn)備。帶著人類的希望，帕克出發(fā)了！
太陽引力又強(qiáng)溫度又高，帕克太陽探測器都有哪些黑科技，完成不可能完成的任務(wù)？
首先,我們要弄清帕克太陽探測器的任務(wù)目標(biāo)，共有三個：
第一，追蹤加熱日冕與加速太陽風(fēng)的能量流動。
（為什么光球?qū)?300度，日冕層50萬度）
第二，確定太陽風(fēng)源頭的太陽磁場的動力學(xué)和結(jié)構(gòu)。
第三，確定傳輸和加速高能粒子的機(jī)制。
其次，太陽引力超強(qiáng)，帕克探測器怎么接近太陽呢？
盡管太陽是我們整個太陽系的錨點(diǎn)，但要接近它并不容易。發(fā)射入軌時需要達(dá)到21.4公里/秒的速度，這是一個遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出德爾塔V型火箭能力的速度。所以，德爾塔V型火箭為了給帕克探測器一個額外的推力，配備了特殊的第三級固體火箭，提供額外的3公里/秒的速度。與軌道中的每一個物體一樣，帕克在接近近日點(diǎn)時會加速，遠(yuǎn)離時會減速。當(dāng)探測器在太陽附近繞行時，它的速度高達(dá)每秒200公里，帕克將暫時成為速度最快的人造物體。帕克探測器在發(fā)射后將7次借助金星重力助推，來逐漸減小橢圓軌道的近日點(diǎn)。2018年11月帕克首次飛過近日點(diǎn)時與太陽光球?qū)拥木嚯x約為2410萬公里，2024年12月這一距離將減小到616萬公里，約為日地距離的4%。在這些抵近飛越過程中，科學(xué)家能更好的認(rèn)識太陽風(fēng)的形成以及日冕的極端加熱機(jī)理。整項(xiàng)任務(wù)共打算進(jìn)行24次飛越，時間將持續(xù)到2025年。
最后，太陽溫度超高，帕克探測器怎么隔熱呢？
這個秘密在于它頭頂?shù)陌咨o(hù)盾中。
第一，護(hù)盾主要由直徑11.4厘米的碳泡沫材料制成，這是一種迷人的材料，由超美材料創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開發(fā)。在掃描電子顯微鏡下碳泡沫是這樣的，一種類似無須蜂窩狀的多孔材料。主體以開放空間為主，其內(nèi)部體積97%的空間是空的。奇妙的結(jié)構(gòu)和碳的熱穩(wěn)定性，提供了難以想象的隔熱性能。接下來是碳碳復(fù)合材料，它是由石墨和有機(jī)粘合劑(如瀝青或環(huán)氧樹脂)結(jié)合制成的。這種混合物被涂抹到泡沫的每一面，然后，通過加熱將粘合劑轉(zhuǎn)化為純碳形式，創(chuàng)建碳碳復(fù)合材料。
第二，在面向太陽的一面涂上一層白色陶瓷涂料，以便在熱量進(jìn)入隔熱罩之前，盡可能多地將熱量從隔熱罩反射出去。從這里開始，飛船的其他部分，除了一些專門的傳感器和太陽能電池板外，主體都躲在遮陽罩的本影內(nèi)，它們的工作溫度稍微高于室溫不會被燒毀。
第三，帕克的機(jī)載電腦能實(shí)時調(diào)整遮陽罩相對于太陽的角度，保證精密儀器的安全。露在外面的傳感器經(jīng)過特殊設(shè)計不怕高溫，負(fù)責(zé)收集太陽的電子和離子，使帕克有能力研究來自太陽的大規(guī)模爆發(fā)。太陽能電池板會適時調(diào)整自己的位置，在帕克飛抵近日點(diǎn)時，大部分收起躲在遮陽罩后面，只露出兩塊較小的輔助面板。太陽能板用水冷卻，循環(huán)水通過太陽能板泵入黑色散熱器，這些散熱器連接在遮陽板下方的鈦支架上。
這是帕克探測器2021年飛過太陽日冕時，捕捉到的令人難以置信的照片。這是在探測器最接近太陽表面的5個小時中拍攝的，其中有帶電氣體和等離子體條紋，我們稱之為日冕流光。除此之外，科學(xué)家還在分析帕克收集到的眾多數(shù)據(jù)，以讓我們更好的了解眼前這個大火球。
