近日，美國國家航空航天局(NASA)宣布，在“帕克”太陽探測器(下稱“帕克”)發射3年后，該探測器于今年4月穿過太陽大氣的最外層(日冕)，成為首個“接觸”太陽的航天器。
NASA稱，這一新的里程碑標志著太陽科學的一大飛躍。探測器接觸太陽的組成成分，將有助發現太陽及其對太陽系影響的關鍵信息。
人們常將太陽比作火球，“觸摸”火球，“帕克”如何做到不被高溫熔化?太陽又有什么值得探索的秘密?“太陽的日冕比其實際表面熱得多，這是長期存在的‘太陽之謎’。”中國科學院國家空間科學中心研究員劉勇說，“由于‘帕克’表面覆蓋一層隔熱板，特殊的材料幫助其防高溫與輻射。”
探測器覆蓋碳復合材料的隔熱板
太陽光球層的溫度約為6000攝氏度，但日冕內部的溫度可高達百萬攝氏度甚至更高。“像油炸冰淇淋一樣。”劉勇以此來形容兩者的溫度差別。
“帕克”比以往的航天器都更接近太陽。當運行到近日點后，周圍的溫度非常高，探測器如何耐受高溫而不被熔化?
“其實，百萬攝氏度的日冕溫度，所對應的熱量可能沒有想象中的高。”劉勇說，“一般來說，溫度是指物體的冷熱程度，而這些冷熱程度是電子、質子等粒子的隨機運動速度來決定的。熱運動速度越快，溫度則越高。”
盡管如此，探測器結構和材料仍需做好防高溫和防輻射，以保證航天器的萬無一失。“帕克”表面覆蓋一層隔熱板，起到了重要的隔熱作用。“這層隔熱板由碳復合材料制成，并且呈多層分布，能夠起到反光、隔熱的作用，可以有效隔絕外界熱量，保持探測器內部溫度適宜。”劉勇說。
類似熱防護的應用，多體現在航天領域。劉勇舉例介紹，神舟十二號載人飛船返回艙在返回地球過程中，與大氣層劇烈摩擦，但艙內的航天員卻并不會受到高溫影響，這也得益于返回艙使用的蜂窩狀防熱材料，具備耐高溫、高強度的特點。
新發現的“折返”起源于太陽可見表面
阿爾文臨界表面，被認為標志著太陽大氣的終結和太陽風的開始，也是區分太陽大氣和太陽風的邊界。
“太陽風在傳播的過程中會演化，例如在地球附近接收的太陽風，是已‘跨越’千山萬水來到地球，可以理解為‘成年’的太陽風。但要研究太陽風的起源，為什么太陽風會被加熱等問題，最好是在它剛‘出生’的時候。”劉勇說。
在不斷靠近太陽的過程中，“帕克”找到了什么?
在太陽風中存在一種鋸齒形結構的“折返”現象，“帕克”發現折返起源于太陽的可見表面，即光球層。科學家原本以為這種現象很罕見，但隨著不斷深入太陽大氣，“帕克”觀測到這是較為常見的。
NASA稱，了解太陽風的組成部分在哪里、如何出現，以及它們是否與折返有關，可以幫助科學家們解答一個長期存在的“太陽之謎”：日冕如何被加熱到百萬攝氏度，并遠高于太陽表面。
太陽活動對地球的影響不可忽視
科學家們試圖通過各種方式探究太陽的秘密，但人類究竟為何要關注太陽?
“太陽爆發活動對地球產生影響的事件，發生過多次。”劉勇介紹，1989年，加拿大魁北克省發生停電事件，是太陽經歷了一場大規模的風暴，爆發后攜帶了數量驚人的等離子電荷直沖地球，從而引發了地球磁暴，而磁暴產生的大量電流，使輸出線路嚴重過載，進而發生了停電事件。
“了解太陽很重要，由于太陽引起的空間天氣，如太陽耀斑和日冕物質拋射事件，會影響太空中的電網、衛星、GPS和航天員等。因此，人類需要去了解太陽更多的秘密，也能夠加強對地球的保護。”劉勇說。
在太陽探測方面，中國同樣有所貢獻。2021年10月14日，中國成功發射首顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和號”，實現中國太陽探測破冰之旅。此外，預計2022年上半年，我國還將擇機發射綜合性太陽探測衛星——先進天基太陽天文臺(ASO-S)，以觀測太陽磁場、太陽耀斑和日冕物質拋射，并研究三者的關系。
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