飞向太阳！人类为何盯上了这个大火球？

飞向太阳！人类为何盯上了这个大火球？

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　　羊城派原创文本/夏杨

　　近日，美国航空航天局（NASA）成功发射了帕克太阳探测器，这颗人造卫星将花7年时间飞向太阳。它的使命是，去到有史以来距离太阳最近的轨道上，开展对日冕的观测！

美国发射帕克太阳探测器 图/中新网

　　同样是在最近，中国科学家也公布了一个探测太阳的计划。不同的是，要发射一颗地球卫星，“躲”在地球的阴影里，利用“日食”原理观测日冕。这被称为“地掩天蚀”计划。

　　中外科学家的目标都是太阳。人类为何盯上了这个大火球？（更多新闻资讯，请关注羊城派 pai.ycwb.com）

“地掩天蚀”计划原理示意图 图/新华网

　　为啥要去太阳？

　　说到太阳，大家会觉得，再熟悉不过了。

　　人们都知道，太阳对地球很重要，它给万物带来光明；地球上所有的食物，也都直接或间接来自太阳光的孕育。

　　我们对太阳这么熟悉，还有必要专门研究它？并且，这个大火球挂在遥远的宇宙中，要研究它需要投入的费用，是真正意义上的“天文数字”！

太阳就是个大火球 图/视觉中国

　　其实，目前我们对太阳的了解非常有限，比如它为何会发光发热，有怎样的内部结构等，都还不太清楚。

　　因为不了解，太阳还给地球带来不少危害。比如太阳黑子活动旺盛时，强烈的太阳风会对电网、通讯、卫星、飞机、定位导航系统等造成损坏，甚至直接导致报废、瘫痪，同时也会对人类健康造成一定伤害。

　　为防范这样的灾害，人类需要对太阳的活动情况作出预报。然而要做到这些，其前提是要对太阳的活动规律、发生机理有足够的了解。

有时肉眼也能看到太阳黑子 图/视觉中国

　　为此，人类已经做过很多努力。从上世纪60年代开始，人类向太阳发射过多颗探测卫星，如苏联的质子号、宇宙号卫星，美国的太阳神号、先驱号、旅行者号探测器等。

　　1990年10月，美国发现号航天飞机将尤利西斯号太阳探测器送入太空，将人类对太阳的观测活动推向了新阶段。

尤利西斯号太阳探测器 图/新华网

　　最近，美国NASA斥资14亿美元发射的帕克探测器备受关注。之所以如此，是因为它与之前的那些探测器有明显的进步，其出发，有跨时代意义。

　　首先，帕克探测器的轨道距离太阳非常近，它直接进入了太阳的外层大气层。它最靠近太阳的轨道点距离太阳表面只有616万公里。这是人类发射的探测器靠近太阳最近的一次！

　　616万公里的轨道离太阳有多近？科学家做了个形象的比喻：假设太阳和地球距离是1米的话，那么帕克探测器与太阳的距离只有4厘米！

帕克探测器轨道离太阳更近 图/中新网

　　与帕克相比，之前人类的探测器最靠近太阳的记录是4343.2万公里。这是1976年美国发射的太阳神2号探测器创下的。且这个记录已经保持了42年之久！

　　帕克在它的轨道上，将以每小时72万公里的速度飞行，将成为移动速度最快的人造天体。当年太阳神2号的速度只有25万公里/小时。

　　以此速度，如果帕克探测器是在地球表面飞行，它用一分钟时间就可以从北京飞到纽约！

　　帕克探测器飞行速度惊人 动图/央视

还有哪些未知？

　　随着对太阳的观测和研究，人类发现更多奇怪的现象。这些疑问又吸引人类要进一步去了解它、研究它。于是有了更强烈的要飞向它、靠近它的冲动。

　　比如，目前科学家已经了解到，太阳从内向外分为光球、色球和日冕三层。光球是我们平常所见的明亮的太阳圆面，太阳的可见光全部由光球面发出。

　　光球表面一个重要的活动现象是黑子。黑子是光球上巨大的气流漩涡，在明亮的光球背景反衬下颜色显得黑暗，其实温度有4000℃左右。倘若把一个太阳黑子取出来，就可以发出相当于满月的光芒！

太阳结构示意图/资料图

　　色球是贴近光球的一层大气，平时看不到，只有在日全食时才能看到。这也正是中国科学家希望发射一颗地球卫星，躲在地球阴影里，利用“日食”原理观测太阳的原因。

　　在地球上看太阳，“日食”现象稍纵即逝，难以满足科学家的观测和研究需要。如果有一颗卫星，和地球公转同步飞行，稳定处在日地延长线上，就可以获得足够的“日食”观测数据。

“地掩天蚀”计划的“日食”原理 图/新华网

　　色球再向外，就是日冕。日冕位于太阳的最外层，属于太阳的外层大气。太阳风就是从日冕中向外发出的。

　　人们观测发现，日冕上分布着一些长条形或不规则形的暗黑区域，就像一个个黑洞，这就是“冕洞”。太阳风的带电粒子流就是从冕洞中喷射出去的。

　　帕克探测器就是要穿过太阳大气层，直接靠近太阳日冕。这是人类历史上最靠近太阳的一次！

日食时最容易观察日冕部分 图/视觉中国

　　通过前期的观测和研究，科学家发现一个奇怪现象，太阳的温度，竟然是从内向外逐渐升高的——光球顶部接近色球的地方温度约4300℃；到了色球顶部温度高达几万℃；再往外，到了日冕区，温度陡然上升到上百万℃！

　　就像“水往高处流”一样，太阳“外部更热”的现象违反自然法则，明显有悖常理，至今仍然困扰着科学家。

　　这，也正是帕克的使命，它将长途奔袭，飞向1.5亿公里外的太阳，去努力揭开这一谜团！

帕克号踏上“逐日之旅” 图/中新网

　　日冕区温度高达上百万℃，日冕外围也有1300℃以上，足以熔化钢铁，帕克探测器如何能在那样的轨道上飞行？这正是人类以前的太阳探测所不具备的技术含量所在。

　　帕克探测器有个高温防护罩，厚达11.5厘米，由特殊的碳复合材料制成，外面还有白色陶瓷反射层，且带有水冷却系统。帕克在轨飞行过程中，探测器处在防护罩阴影里，能始终保持28-29℃的舒适工作温度。

　　这，相当于人手放在烤箱中而不会被灼伤！

　　帕克的另一个使命，也是困扰人类的一大难题：为啥会有太阳风？太阳风有多高的速度？太阳风暴的原理究竟是啥？

帕克号具有专门的防高温构造 图/央视

　　神秘的太阳风

　　太阳风虽然叫做“风”，其实这只是一个比喻。地球上空气分子的流动产生风。太阳表面没有空气分子，却有比原子更小的基本粒子——质子和电子，它们流动的原理和和空气流动相似，因此得名“太阳风”。

　　地球上空气密度很大，每立方厘米有2687个分子；但在星际空间中粒子非常稀薄，每立方厘米只有几个到几十个粒子。虽然粒子密度稀薄，但它们的流动速度很大。地球上台风的速度是每秒32.5米以上，而地球附近的太阳风一般350-450千米/秒，是地球风速的上万倍！最猛烈时甚至可达800千米以上。

　　这样的高速度，可以想见它有多么大的破坏力！

日冕抛射带电粒子流 图/视觉中国

　　太阳风有两种，一种是不断地从日冕层辐射出来，速度较小，粒子较少，称为“持续太阳风”。另一种是太阳活动剧烈时发出的，速度大、粒子多，被称为“扰动太阳风”。后一种太阳风的破坏力更大。

　　太阳的能量在发生变化，当黑子活跃时，太阳能量增强，向外释放的带电粒子流也增加。这就是“太阳风暴”现象。高速粒子流闯入太空，会对地球空间产生巨大冲击。会影响通讯，干扰卫星，破坏臭氧层，还影响人的健康。

　　科学家把太阳风暴比喻为“太阳打喷嚏”。太阳一打喷嚏，地球就会发烧！

　　“太阳风”这一现象，是美国物理学家尤金·帕克在1958年发现的。这是20世纪空间探测的重要发现之一。至今经过半个多世纪的研究，人类对太阳风的物理性质有了一定了解，但一直弄不明白太阳风是如何起源和加速的。

　　最近美国发射升空的“帕克”探测器，其命名正是向今年91岁的尤金·帕克致敬！这也是美国第一次用在世的科学家的名字来命名一个探测项目。

探测器因尤金·帕克教授而得名 图/NASA

　　人们对太阳风的直观感觉，来自彗星和极光现象。

　　很多人都看到过彗星，它们拖着长尾巴从夜空中划过，外形非常奇特。在古代，人们不了解这种奇怪的星体，甚至称之为灾星。

　　后来人们知道，彗星的形成和太阳风有关。所有的彗星出现时，它的彗尾都背向太阳，越靠近太阳彗尾越长、越亮。这正是因为，来自太阳的带电粒子流碰到彗星，将彗星周边的尘埃和气体都吹向了彗星身后。

拖着长尾巴的彗星 图/视觉中国

　　极光也与太阳风有关。但为何有时有、有时没有？

　　这也不难理解。太阳风吹向地球，但一般情况下并不能进入大气层。因为地球有自己的防护罩，即磁场。地球磁场在太阳风的冲击下，会变成一头大一头小的蛋状，在太空中绵延数万公里。

太阳风作用下的地球磁场 图/视觉中国

　　但在太阳活动剧烈时，带电粒子流速度大，碰到地球会沿着地球磁场落向两极，地球两极的高层大气在太阳风的轰击下产生放电现象，于是产生了绚丽壮观的极光。

　　科学家观察到，在太阳风暴活跃期，一连几天，极光现象都会很强烈，甚至在温带地区都能看到。

　　这时候罗盘指针也会不安分起来，会发狂地摆动，因此这种效应也称为“磁暴”。

绚丽壮观的极光现象 图/视觉中国

　　地球的磁场防护罩也不是没有漏洞，科学家已推算出有缝隙存在。因此地球始终处于太阳风灾害的威胁之下。上世纪70年代的一次太阳风暴，曾导致苏联“礼炮号”空间站脱轨；1989年的太阳风暴，曾使加拿大魁北克和美国新泽西的供电系统受破，损失超10亿美元。

　　而另一方面，蕴藏极大能量的太阳风吹向地球，也是一种潜在的能量来源，如何化害为利、将之驯服为人类服务，这也是科学家正在努力研究的内容之一！

礼炮号空间站曾受太阳风影响 图/视觉中国

太阳风灾害事件

　　（以下资料整理自网络）

　　1989年3月13-14日，太阳风暴袭击加拿大魁北克电站，电压器被烧毁，造成该地区电网停电；很多近地卫星和同步轨道卫星发生异常、轨道改变，甚至报废，全球无线电通信受到干扰或中断，轮船、飞机的导航系统失灵：日本一颗通讯卫星异常，美国一颗卫星轨道下降，美国海军的4颗导航卫星提前一年停止服务，预警跟踪目标丢失6000多个。

　　1991年4月29日，强磁暴发生后使美国缅因州核电厂发生灾难性破坏。

　　1994年1月20-21日，两个加拿大通讯卫星发生故障。

　　1997年1月6-11日，日冕物质抛射使AT&T公司通讯卫星报废。

　　1998年5月19日，美国银河四号通讯卫星失效，同时德国一颗科学卫星报废。

　　2000年7月14日，欧美一些重要科学研究卫星受到严重损害，日本的ASCA卫星失控，AKEBONO卫星的计算机遭到破坏。

　　2003年10月28日，欧美多个重要科学研究卫星受到不同程度损害，日本“回声”卫星失控。

　　2006年12月13日，太阳风暴对我国短波无线电通信造成严重影响：广州、海南、重庆通信中断达3小时；卫星也受此影响，故障频繁。

　　飞向太阳！人类“逐日”翻开新篇章 动图/央视

未来我们将不再为太阳风灾害担心 图/视觉中国

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来源丨羊城派

　　栏目主持丨夏杨

　　责编丨魏礼园