探测器藏着什么耐热“黑科技”？

近日，美国国家航空航天局（NASA）宣布，在“帕克”太阳探测器（下称“帕克”）发射3年后，该探测器于今年4月穿过太阳大气的最外层（日冕），成为首个“接触”太阳的航天器。

NASA称，这一新的里程碑标志着太阳科学的一大飞跃。探测器接触太阳的组成成分，将有助发现太阳及其对太阳系影响的关键信息。

人们常将太阳比作火球，“触摸”火球，“帕克”如何做到不被高温熔化？太阳又有什么值得探索的秘密？“太阳的日冕比其实际表面热得多，这是长期存在的‘太阳之谜’。”中国科学院国家空间科学中心研究员刘勇说，“由于‘帕克’表面覆盖一层隔热板，特殊的材料帮助其防高温与辐射。”

探测器覆盖碳复合材料的隔热板

太阳光球层的温度约为6000摄氏度，但日冕内部的温度可高达百万摄氏度甚至更高。“像油炸冰淇淋一样。”刘勇以此来形容两者的温度差别。

“帕克”比以往的航天器都更接近太阳。当运行到近日点后，周围的温度非常高，探测器如何耐受高温而不被熔化？

“其实，百万摄氏度的日冕温度，所对应的热量可能没有想象中的高。”刘勇说，“一般来说，温度是指物体的冷热程度，而这些冷热程度是电子、质子等粒子的随机运动速度来决定的。热运动速度越快，温度则越高。”

尽管如此，探测器结构和材料仍需做好防高温和防辐射，以保证航天器的万无一失。“帕克”表面覆盖一层隔热板，起到了重要的隔热作用。“这层隔热板由碳复合材料制成，并且呈多层分布，能够起到反光、隔热的作用，可以有效隔绝外界热量，保持探测器内部温度适宜。”刘勇说。

类似热防护的应用，多体现在航天领域。刘勇举例介绍，神舟十二号载人飞船返回舱在返回地球过程中，与大气层剧烈摩擦，但舱内的航天员却并不会受到高温影响，这也得益于返回舱使用的蜂窝状防热材料，具备耐高温、高强度的特点。

新发现的“折返”起源于太阳可见表面

阿尔文临界表面，被认为标志着太阳大气的终结和太阳风的开始，也是区分太阳大气和太阳风的边界。

“太阳风在传播的过程中会演化，例如在地球附近接收的太阳风，是已‘跨越’千山万水来到地球，可以理解为‘成年’的太阳风。但要研究太阳风的起源，为什么太阳风会被加热等问题，最好是在它刚‘出生’的时候。”刘勇说。

在不断靠近太阳的过程中，“帕克”找到了什么？

在太阳风中存在一种锯齿形结构的“折返”现象，“帕克”发现折返起源于太阳的可见表面，即光球层。科学家原本以为这种现象很罕见，但随着不断深入太阳大气，“帕克”观测到这是较为常见的。

NASA称，了解太阳风的组成部分在哪里、如何出现，以及它们是否与折返有关，可以帮助科学家们解答一个长期存在的“太阳之谜”：日冕如何被加热到百万摄氏度，并远高于太阳表面。

太阳活动对地球的影响不可忽视

科学家们试图通过各种方式探究太阳的秘密，但人类究竟为何要关注太阳？

“太阳爆发活动对地球产生影响的事件，发生过多次。”刘勇介绍，1989年，加拿大魁北克省发生停电事件，是太阳经历了一场大规模的风暴，爆发后携带了数量惊人的等离子电荷直冲地球，从而引发了地球磁暴，而磁暴产生的大量电流，使输出线路严重过载，进而发生了停电事件。

“了解太阳很重要，由于太阳引起的空间天气，如太阳耀斑和日冕物质抛射事件，会影响太空中的电网、卫星、GPS和航天员等。因此，人类需要去了解太阳更多的秘密，也能够加强对地球的保护。”刘勇说。

在太阳探测方面，中国同样有所贡献。2021年10月14日，中国成功发射首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”，实现中国太阳探测破冰之旅。此外，预计2022年上半年，我国还将择机发射综合性太阳探测卫星——先进天基太阳天文台（ASO-S），以观测太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射，并研究三者的关系。