酷播亮新聞
帕克探測器環繞太陽飛行
美國宇航局的帕克太陽探測器將於8月4日搭乘聯合發射聯盟的德爾塔IV重型火箭，從卡納維拉爾角空軍基地的第37發射架奔赴太空。帕克探測器將第一次飛入太陽大氣層的最外層，也就是日冕。它將藉助先進的觀測儀器和成像設備，讓我們對日冕的認知發生革命性變化，同時進一步豐富我們有關太陽風起源和演化的知識。
帕克探測器將遭遇溫度超過100萬華氏度（約合55.5萬攝氏度）的物質，同時受到強烈陽光的轟炸。不過，這顆探測器並不會有性命之憂。在設計上，定製的隔熱罩和自治系統是它的兩件法寶，能夠幫助帕克抵禦猛烈的陽光輻射，同時允許日冕物質「觸摸」這艘飛船。
工程師為帕克探測器安裝隔熱罩。這艘飛船將直接飛入太陽大氣層，對太陽進行近距離觀測
帕克探測器的太陽能電池板
耐熱背後的科學
帕克如何確保自身及所攜設備的安全？要想解答這個問題，首先要理解熱量和溫度的概念。與我們的直覺相反，高溫並不一定意味著大幅加熱另一個天體。溫度用來衡量粒子的移動速度，而熱量衡量的是它們轉移的能量總量。粒子可能快速移動（溫度高），但如果粒子數量很少，它們就無法轉移大量能量（熱量低）。太空幾乎處於真空狀態，能夠將能量轉移給帕克的粒子少之又少。
以日冕為例，日冕的溫度雖然極高，但密度極低。把手放進熱烤爐和把手放進一壺沸水，會有怎樣的差異？與沸水相比，手在烤爐內能夠在更長時間內經受住更高溫度的考驗，因為在沸水中，手會接觸更多粒子。類似地，與太陽表面相比，日冕的密度更低，帕克探測器接觸的炙熱粒子更少，因此不會獲得大量熱量。這意味著雖然帕克探測器會穿過一個數百萬度的區域，但面朝太陽的隔熱罩表面只會被加熱到1400攝氏度左右。
為了儘可能多地反射太陽熱量，隔熱罩的向陽面採用了一種特殊的白色塗層
防護盾加持 摸太陽不算什麼
當然，1400攝氏度仍舊是一個不可小覷的數字。相比之下，火山熔岩的溫度在700到1200攝氏度之間。為了抵禦高溫，帕克探測器安裝了一個名為「熱防護系統」的隔熱罩。隔熱罩直徑2.4米，厚115毫米。隔熱罩表面雖然承受高溫，罩內溫度卻只有30攝氏度。
熱防護系統由約翰斯?霍普金斯大學應用物理學實驗室設計，在碳-碳先進技術公司製造。這個隔熱罩就像是一塊三明治，兩塊碳纖維合成板夾著4.5英寸（約合11.5厘米）厚的輕型碳泡沫芯。為了儘可能多地反射太陽熱量，隔熱罩的向陽面還採用了白色陶瓷塗層。測試中，隔熱罩經受住1650攝氏度的高溫考驗。有了這個防護盾的加持，帕克不懼太陽的炙烤，確保所有設備萬無一失。
6月5日，佛州泰特斯維爾Astrotech公司的處理設施，工程師和技術人員正在測試帕克太陽探測器
太陽探測杯
帕克探測器的儀器並非都躲在隔熱罩後面，共有兩台儀器不受隔熱罩保護，其中包括太陽探測杯。這台感測器也被稱之為「法拉第杯」，在設計上用於測量太陽風離子和電子通量以及流動角度。
法拉第杯採用熔點2349攝氏度的鉭-鋯-鉬合金，為法拉第杯產生磁場的晶元由鎢製成。為了確保儀器能夠經受住嚴酷環境考驗，研究人員需要在實驗室模擬極端熱輻射。他們使用粒子加速器和IMAX投影儀來提高溫度，以達到理想的測試效果。投影儀負責模擬太陽的熱量，粒子加速器讓法拉第杯暴露在輻射環境下，以確定法拉第杯能否在極端環境下測量被加速的粒子。
法拉第杯順利通過測試並且表現超出預期。暴露在測試環境下的時間越長，法拉第杯的數據質量越高。帕克項目參與者、密歇根大學安娜堡分校的賈斯汀·卡斯珀表示：「我們認為輻射能夠清除任何潛在污染，基本上實現自我清潔。」
聯合發射聯盟的德爾塔IV重型火箭發射升空
帕克探測器獲取的數據將幫助科學家改進危險耀斑（如圖）的預測。強太陽風暴能夠破壞電網和干擾衛星
令人稱道的降溫設計
此外，帕克探測器還採用了其它設計來抵禦高溫侵襲。每次靠近太陽時，帕克的電池板會縮到隔熱罩的陰影中，只有一小部分暴露在強烈的陽光照射下。
帕克的太陽能電池板還有一個超級簡單的冷卻系統：一個經過加熱的罐子，防止冷卻劑在發射期間凍結；兩個用於防止冷卻劑凍結的散熱器；用於讓冷卻面最大化的鋁翅片以及讓冷卻劑循環的泵。這個冷卻系統足夠強大，讓太陽能電池板和儀器在面對太陽熱量時不僅能夠正常工作，同時還能保持「涼爽」狀態。
1月，宇航局開始測試帕克探測器。這顆探測器在一個真空艙度過7周，模擬在太空中遭遇的嚴酷環境
如何與探測器保持通訊？
為確保帕克的安全，科學家還需解決一個問題，那就是如何與這顆探測器通訊？整個旅途中，帕克基本上都是形單影隻。帕克發出的訊息需要8分鐘才能抵達地球。這意味著如果工程師想在地球上控制帕克，在這8分鐘時間裡，一旦出現紕漏，便無法及時修正。
帕克探測器將對太陽進行為期7年的觀測,這顆探測器有兩塊太陽能電池板
在設計上，帕克能夠進行自我保護。這顆探測器裝有多個半個手機大小的感測器，分布在隔熱罩陰影的邊緣。如果任何一個感測器感知到陽光，便會提醒中央電腦，帕克隨即調整方位，確保感測器及其它儀器的安全。
向著太陽前進
發射升空後，帕克探測器將觀測太陽的方位，讓隔熱罩朝向太陽。在隨後的三個月旅程中，它既要「擁抱」太陽的熱量，又要保護自己免遭寒冷的太空真空環境侵襲。按照計劃，帕克觀測任務將持續7年，環繞太陽24周。每次靠近太陽，帕克都會採集太陽風樣本，研究日冕，同時對太陽及周邊區域進行前所未有的近距離觀測。在一系列革新技術的保護下，這顆探測器毫不懼怕太陽的高溫。
作者|蘇珊娜·達爾林
文章由「科普中國頭條創作與推送項目」團隊推出
轉載請註明來自「科普中國」
