美国宇航局NASA宣布：帕克太阳探测器于2021年4月第8次飞越太阳期间，到达了距太阳表面1303万公里的位置，并真正接触到了太阳的大气层，即“日冕”层。这使其成为人类历史上第一个“触摸”太阳大气的航天器。
帕克探测器（右上角）接触太阳大气
值得一提的是，当时的环境温度达到了93万℃，超过了地球上任何材料的熔点和沸点，但显然帕克探测器并没有熔化，它是怎样做到的？难道使用了某种神秘的材料吗？这次人马君就和大家来一探究竟。
帕克太阳探测器
帕克太阳探测器是2018年8月12日发射升空的，这台航天器发射重量仅有685公斤，却使用了德尔它IV重型运载火箭。这种火箭的近地轨道运载能力达到了28.8吨，超过我国的长征五号，尺寸也是相当惊人。用这么一个大家伙发射仅几百公斤的航天器，难道不是一种巨大的浪费吗？
显然不是！帕克的重量虽不大，使命却很特殊。它是一枚太阳探测器，需要接近到离太阳足够近的地方，最终目标是太阳表面上方616万公里处。然而令人意想不到的是，从地球上发射的航天器想要到达这个位置，实际上比前往更远的木星甚至冥王星都要难。
巨大的德尔它IV重型火箭
比如，美国的朱诺号木星探测器，发射重量达3.6吨，只用了一枚阿特拉斯V型火箭就完成了发射，这型火箭的能力比起德尔它IV是要差得多的。要知道太阳距离我们仅有1.5亿公里，而木星离我们最近时也有6.3亿公里，为什么去到更近的太阳反而比更远的木星更难呢？
这是由地球在太阳系中的位置决定的。木星轨道在地球轨道的外侧，要去那里大致需要沿着与地球公转相同的方向加速，从而提升轨道高度。同时还可利用火星或地球本身的引力弹弓效应来加速。但如果想去太阳的话，那就是完全不同的光景了。
从地球去木星是向外走，去太阳是向里走
地球的公转线速度平均约为29.8千米/秒，假如我们想发射一个物体击中太阳的话，最直接的方法就是向公转的反方向加速，克服这个公转速度，把与太阳的相对速度降到0，然后就能直直地落下去，命中太阳。然而29.8千米/秒是一个相当恐怖的速度，要达到实在是难于登天。
我们知道地球的第一宇宙速度是7.9千米/秒，只要航天器能达到这个速度，就可以成为地球的卫星。而如果进一步达到11.2千米/秒的话，就能摆脱地球引力，成为太阳系的一颗“行星”。如果再提高到16.7千米/秒，就能像旅行者1号那样脱离太阳系，飞向宇宙空间了。
然而前面说过击中太阳则需要29.8千米/秒，远远超过了脱离太阳系所需要的速度，要实现它是真的比去冥王星都难。当然帕克探测器不会真的撞向太阳，而是尽量接近它，但所需的速度增量仍然相当惊人，这就是为何要用巨大的德尔它IV重型火箭发射帕克的原因。
帕克的目标轨道，将多次飞掠太阳
在发射后，帕克还需要多次利用金星引力来变轨，才能进入离太阳足够近的轨道。在几年的时间里，帕克将24次抵近飞越太阳，最近时仅有616万公里，而这已经位于日冕层之内了。在如此靠近太阳的地方，无疑是相当热的，这就是帕克遇到的比火箭更大的难题：如何扛住高温。
如何不被太阳“烤化”？
作为太阳系光和热的来源，太阳的温度是十分夸张的。据研究推测，太阳中心的温度约1500万℃。太阳大气层则可分为三层：我们在白天看到的太阳其实是明亮的光球层，厚度约500千米，其温度由内到外逐渐降低，底层温度约为5500℃，外层约4300℃。而在光球层之外还有个约2000千米厚的色球层，温度又逐渐上升，在色球层顶部可达几万℃。
太阳大气最外层就是日冕层，就像一个斗篷一样包围着太阳。日冕层的范围非常大，而且形状变化不定，其表面被称为阿尔文临界面，是太阳重力和磁场能够束缚住物质的极限，该处也代表了太阳大气的结束和太阳风的开始。
日冕层
日冕内部的温度也是里面低外面高，在帕克探测器所接触的日冕边缘处，温度将达到200万℉，即93万℃。那么帕克是怎么判断自己进入了日冕层呢？这是根据探测到的特定磁场和粒子数据来判断的。获得并分析这些数据花了8个月的时间，直到现在才确定帕克当时真的“摸”到了日冕。
然而让人难以理解的问题就是：日冕边缘的温度达到93万℃，而地球上熔点最高的物质是五碳化四钽铪合金，熔点也只有区区4215℃，在近百万度的高温下早已熔化甚至是气化，变成了等离子体。但经历了这种地狱般高温的帕克探测器明显是全身而退，而且后来还进行了第9次飞越，它是怎样做到的呢？
帕克的“触摸太阳”计划
制造帕克所用的材料当然也是取自于地球，并没有什么神奇物质。它能抗住如此高温，主要得益于两个因素。首先是日冕的温度虽然达到近百万度，但这里的物质密度其实很低，小于2×10的负12次方千克/立方米，这是个什么概念？如果在地球上，这种密度已经基本可以被当成是“真空”了，而且想实现这种真空的难度还相当大。
而日冕边缘高达93万℃的温度，仅仅代表了粒子的热运动速度。由于密度接近真空，粒子的数量远远低于地球大气，所携带的热量也就没那么夸张了。这其实和我们比较熟悉的蒸桑拿有点儿像。
蒸桑拿的温度极高
通常干蒸桑拿房里的温度高达80至85℃，甚至有到100℃的。如果把这么高温度的水泼在身上，那铁定是要烫伤的。但如果只是热空气的话，由于空气的密度远低于水，携带的热量少，而人体排汗在皮肤表面形成液膜，通过液膜的蒸发足以带走这些热量，从而使皮肤不被烫伤。
但光靠这一点儿显然还不行，因为帕克面对的不只是稀薄的日冕，还有近在咫尺的太阳。在距离太阳这么近的地方，炽烈的阳光是地球附近的475倍，足以将探测器加热到上千度，太阳能电池板和那些娇贵的仪器仍然受不了，这时就需要用到另一大法宝：防热护盾。
顶部的巨大平板就是防热护盾
帕克探测器安装了一面厚度达到11.4厘米的碳复合材料护盾，它的温度最高时将达到1377℃，这个温度不足以破坏护盾。而这面护盾会一直面向太阳，将电池板和科学仪器挡在身后，使它们避免了被烤焦的命运。
太阳能电池板的设计也很讲究。在距离太阳最近时，两片电池板会向内收，躲在防热护盾的阴影中。而当探测器处于远离太阳的位置时，电池板又可以张开，从而获得充足的电量。正是这些精巧的设计，才让帕克有了近距离窥探太阳的能力，应该说技术水平是相当高的。
护盾的朝向（上）和电池板的姿态变化（下）
作为人类最接近太阳的探测器，帕克将对太阳大气层、太阳风、太阳磁场、高能粒子等进行深入的探测，获得此前难以获得的数据，这是史无前例的。难怪NASA总部科学任务理事会副局长托马斯·祖尔布辰表示：帕克太阳探测器“触摸太阳”是太阳科学的一个纪念性时刻，也是一项真正了不起的壮举。
太阳磁场
说点儿题外话，类似帕克这样的近距离观察太阳的探测器，我国目前还没有。但我们自己的太阳探测计划也正在有条不紊地开展。2021年10月14日，中国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”成功发射。
“羲和号”太阳探测卫星
羲和号装备了太阳空间望远镜，运行在距地面高度为517公里的太阳同步轨道，将实现国际首次太阳Hα波段光谱成像。而随着长征五号重型运载火箭的日渐成熟，我国将来发射一个像帕克这样能够“触摸太阳”的航天器，也并非不可能的事了。
#美飞船首次“触摸”太阳 达93万℃#
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