先說結論：帕克號探測器有許多值得點評的地方，以下一一列舉。完成了之前不可能的任務

在過去的數十年時間裡，人類發射了許多深空探測器，對月球、火星甚至是太陽系邊緣的冥王星、柯伊伯帶都進行了一系列的研究，唯獨沒有近距離訪問過太陽。是人類對太陽沒有興趣嗎？當然不是，其實，早在 1958 年美國宇航局 NASA 成立之初，科學家們就把探測太陽列為必須完成的科研任務之一。但是，那麼多年過去了，近距離訪問太陽卻成了當年清單裡唯一沒有實現的願望。

2018 年，距離哥白尼提出日心說已經過去 475 年，臺北時間 8 月 12 日下午 3 點 31 分，美國佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地，運載著帕克太陽探測器的的德爾塔 4 重型火箭發射成功，隨後順利完成火箭分離，脫離地球引力進入預定軌道。這顆太陽探測器預計在未來 7 年中，完成在這之前不可能完成的任務。

最接近太陽的探測器

帕克太陽探測器將要抵達的地方是此前人類從未敢想過的地方，那是距離太陽僅為 612 萬公里的地方，是水星軌道半徑的十分之一，相當於 4.4 個太陽直徑。我估計大多數人聽到這些數字，依然沒有直觀的感受。我們這麼打比方，假如地球飛到那個位置，我們看太陽，會發現它的視面積增大了約 600 倍。

圖：原始大小

圖：放大 600 倍

在這麼近距離上，或許大多數人會以為太陽的高溫炙烤是對探測器最大的考驗。沒錯，對於探測器來說，高溫確實是一項嚴峻的考驗。但是比高溫更可怕的卻是另外一樣東西，而發現這樣東西的不是別人，正是用以命名探測器的尤金·帕克（Eugene Parker）。

以尤金·帕克老爺子命名

人類歷史上頭一回，NASA 以在世科學家的名字作為任務的正式名稱。這是尤金·帕克老爺子收到最好的 90 歲生日禮物。

1958 年，在美國芝加哥大學，帕克還是一位 30 歲出頭、熱愛天體物理學的研究員。他從小就喜歡靜靜的坐在書桌前，寫寫方程式，試圖理解宇宙中的物理是如何工作，我們在地球上所知道的一切是如何演算出來的。那段時間，他的注意力在太陽身上，透過一個描述從太陽到太陽系邊緣等離子體的流體力學方程的演算，他驚奇的發現：太陽大氣層並不是靜止的，而是在高速運動。

太陽外部大氣層，也就是日冕，它的超高溫會讓粒子衝破太陽的引力束縛，向太陽系各個方向釋放。這種日冕膨脹的現象後來被他命名為“太陽風”。這個發現是驚人的，因為在此之前，大多數人認為太陽和地球之間空空如也，沒有任何東西，也不可能有什麼風可以超音速從太陽一直到地球。

這位研究員激動地把這些發現寫成論文，可是接下來的事情讓他非常憋屈。由於太陽風的發現與大多數人存在的認知不一樣，論文的發表遭受到重重困難和極大爭議。幸運的是，這位年輕人的運氣非常好，他的理論在四年後就得到了證實，包括美國水手 2 號、蘇聯月球號等多個探測器都探測到了太陽風。

太陽風的發現讓科學家們興奮不已。在接下來的幾十年裡，人類發射了一系列太陽探測器，如太陽神號、SOHO 號、尤利西斯號。但如今 60 年過去了，長期折磨著太陽物理學家的兩大謎團仍然懸而未決。

或許能揭開兩個長期折磨著太陽物理學家的謎團謎團一，為什麼太陽的表面溫度遠遠低於太陽的日冕？我們都知道，太陽非常熱，表面溫度約為 6000 攝氏度，但日冕的溫度竟然超過了 100 萬攝氏度。就像你參加了一個夜間篝火晚會，在篝火旁你覺得溫暖，但當你遠離篝火時，溫度不降反升。這個現象很奇怪，科學家們一直試圖弄明白這是怎麼回事。圖：日冕謎團二，太陽風是如何被加速到超音速的？

太陽風的速度達到了每秒 400-500 公里。然而令人驚奇的是，在靠近太陽表面的地方，並沒有任何明顯的強風存在。因此可能存在一些未知因素，使太陽風獲得了極高的加速度。NASA 戈達德航天飛行中心的科學家亞當·薩博（Adam Szabo）認為，我們已經發現太陽風 50 多年了，但是太陽風到達地球時就已經被改變了很多。只有透過對太陽的近距離研究，我們才能知道太陽的哪個部分為風粒子提供了能源，它們是如何加速到如此驚人的高速度。

所以啊，為了進一步解開謎團，我們需要更近距離地探測太陽。那我們有沒有可能像隼鳥 2 號探測龍宮星那樣，在上面撞個坑呢？你在想什麼呢！太陽相當於是一個表面每秒鐘爆炸千億顆氫彈的地方。能靠近它不被燒燬就已經是飛機上拉肚子，謝天謝地了。

距離太陽越近，太陽風就越強烈，這些高能粒子會像暴雨梨花針一樣撒向探測器，想要抵禦太陽風的侵襲，談何容易啊。最大的難題就是要製造一枚能抵禦高溫和強烈太陽風的盾牌。

究極之盾

為此，約翰霍普金斯大學應用物理實驗室專案組向 NASA 貢獻了一塊白色盾牌。這塊盾牌的官方叫法是熱保護系統（Thermal Protection System, 簡稱 TPS ），直徑 2.43 米，厚 11.4 釐米，它的頂部是一層反射光的氧化鋁塗層，裡面是兩塊碳板夾著一層碳/碳複合材料泡沫。

圖：工程師正在安裝帕克號的熱保護系統——隔熱罩

僅僅靠這 11.4 釐米，大概就是一本百科全書厚度的防熱盾保護，盾牌背後的科學儀器就可以在周圍 1400 攝氏度高溫的環境裡始終處於 30 攝氏度左右的室溫下。

這麼厲害的材料是怎麼被發現的呢？有些事情，說起來就是那麼湊巧。1958 年，也就是尤金·帕克發現太陽風的那年，美國錢斯沃特（Chance Vought）航空公司實驗室因為一次偶然失誤，獲得了意外的發現。

當時，實驗室正在測定碳纖維在有機基體複合材料中的含量，由於實驗過程中的操作失誤，有機基體沒有被氧化，反而被熱解，於是得到了碳基體。實驗室隨後驚喜的發現這種複合材料具有的特殊結構特性，也就在那時，碳/碳複合材料誕生了。科學史上有很多很多重要的發現或者發明都是源於類似的偶然失誤。

圖：多孔碳基體·SEM

這種碳/碳複合材料具有低密度、高比強、高比模、低熱膨脹係數等一系列優異效能，尤其在 1000 攝氏度到 2300 攝氏度區間，隨著溫度升高，其強度不降反升，是航空航天領域非常理想的超高溫結構材料。但在最初十年，碳/碳複合材料技術發展得極為緩慢，經過了二十多年技術的更新迭代，碳/碳複合材料的研究和應用才逐漸活躍起來。八十年代初，碳/碳複合材料正式運用到了太空梭筆錐帽和機翼前緣。

但是啊，碳/碳複合材料卻有一個致命的弱點，它在高溫氧化性氣氛下極易發生氧化反應。實際上，碳/碳複合材料在空氣中超過 370 攝氏度就會開始氧化，這極大地限制了它作為高溫結構材料的應用。

後來，科學家們研發了抗氧化塗層，使碳/碳複合材料能夠在更高溫環境中工作。而且，由於許多深空探測任務得持續好幾年甚至更長的時間，防氧化塗層體系從一開始的玻璃、金屬、陶瓷等單一材質，不斷更新換代到碳化矽、氮化矽、氧化鋁等複合結構。複合塗層可以在 1650 攝氏度以下較長時間的保護碳/碳複合材料。

每一項重大發現創造的背後，都凝聚著一代科學家的智慧與辛勞。儘管我們有了碳/碳複合材料和複合抗氧化塗層，熱保護系統 TPS 的開發還是耗費了專案組接近十年的時間。但不得不說，碳/碳複合材料的出現直接催生了近距離探測太陽這個偉大工程。

不過，有了合適的盾牌材料不代表就能製造出一顆能與太陽接吻的探測器，太空飛行所要面對的各種複雜情況層出不窮。除了盾牌，帕克號還有哪些黑科技呢？

被動技能：姿態調整帕克號有一套超級智慧的自動姿態控制系統。怎麼個超級智慧法呢？圖：帕克號結構示意圖

假設防熱盾牌是一把傘，太陽釋放的熱能是從天而降的雨，為了避免被淋溼，撐傘的人必須時刻控制傘的角度。但帕克號畢竟是一顆無人探測器，通訊時延有 17 分鐘左右，且太陽輻射對訊號傳遞干擾極大，這意味著帕克號必須足夠智慧和靈活。為此，科學家們在帕克號被盾牌遮擋的科學儀器尾部各個角落都安裝了熱感測器，一旦感測器檢測到熾熱感，那一定是防熱盾沒遮好，帕克號就會自動調整姿態。

太空冷卻水

為了防熱，光雙重保險還不夠，帕克號的電池板也具有相應的冷卻系統。這套系統的冷卻液是水，對你沒聽錯，是水。水從太陽能電池板背面流過時被加熱，然後流進散熱器時冷卻，如此迴圈流動，能夠將探測器受到的太陽輻射熱量散發到太空之中。這是人類宇航器中頭一次使用此項技術裝置。

與太陽“接吻”

這顆能夠與太陽接吻的探測器將成為人類有史以來最接近太陽的人造衛星。

它將在未來 7 年時間裡，環繞太陽 24 圈。第一次飛越近日點發生在 2018 年 11 月 1 日，距離太陽 35.7 個太陽半徑，打破太陽神 2 號於 1976 年創下的 61.4 半徑的紀錄。並將於 2024 年 12 月 19 日第一次近距離飛越近日點，在任務的最後幾圈，最接近太陽時距離太陽表面將只有 612 萬公里。

這段距離約為水星軌道半徑的 1/10。地球距離太陽最近距離的 1/21。太陽半徑的 9.86 倍。

假如我們把地球到太陽的距離縮短到 1 米，那麼帕克號距離太陽就是 0.04 米。這差不多就已經到太陽的日冕層了。所以我才會說，帕克號是與太陽接吻。

“閃電俠”

由於如此接近太陽，帕克號探測器也將成為史上最快的人造航天器。有多快呢？

在告訴你具體資料之前，我們先聊聊帕克號的飛行軌道設計。帕克號探測器會按照精妙設計的大橢圓偏心率軌道，7 次飛掠金星，藉助金星的“引力彈弓”效應調整速度。

聽上去這似乎和發射空間探測器採用的普遍策略差不多。自從俄國數學家尤里·康德拉圖克在 1918 年提出了“引力彈弓”的設想後，科學家便開始嘗試利用行星的引力作為“跳板”實現加速，以縮短星際航行的時間。

利用引力彈弓效應加速，大多數人都不陌生，尤其是在《流浪地球》上映後，但是，可能很多人不知道，引力彈弓效應可不僅僅只能用來加速。

帕克號利用金星引力的目的不是加速，而是恰恰相反！為了防止探測器受太陽巨大引力影響、一頭栽進太陽大氣出不來，帕克號將利用金星引力進行類似“彎道剎車”的動作，實現減速和降軌操作。

這都是因為帕克號實在是快得驚人，預計速度最高達到 200 千米每秒，遠超曾經的紀錄保持者太陽神 2 號創下的 70 千米每秒。用這個速度只需要不到 3.3 分鐘即可繞地球一圈了。

郭延平

值得一提的是，如此複雜精妙的軌道設計方案來自一位華裔女科學家——約翰霍普金斯大學研究員郭延平博士，不僅如此，她還是 2006 年飛向冥王星的新視野號探測器的軌道設計者。實際上，在深空探測或者其他天體物理學領域，還有許許多多像郭延平博士一樣的女性科學家投入其中，做出了卓越的貢獻。

四把“利劍”

對於太陽物理學而言，帕克號堪稱是哈勃望遠鏡級別的任務，是體現人類航天技術最高水準的經典科研專案之一。對我而言，帕克號更像是一名攻防有術的逐日勇士，如果說三重防熱系統是帕克號防守的羅馬盾牌，那麼在防熱系統下面那些高階大氣上檔次的科學儀器，則是他手中蓄勢待發的四把“利劍”！

每一把“寶劍”都對應著一項重要使命。

太陽風粒子探測儀（SWEAP）用於收集和測量太陽風中各種粒子的方向、能量、溫度、密度、速度等特性，使我們更清楚的瞭解太陽風裡有什麼。太陽探測廣域成像儀（WISPR）能像醫學掃描器那樣，對太陽日冕、太陽風和空間周圍的激波進行三維成像，而且前方遮擋的防熱盾正好建立了一個人工日食，可以完美地捕捉最清晰、最壯麗的日冕結構。磁力計（FIELDS）對穿越太陽大氣等離子體的電場和磁場、無線電輻射、等離子體的絕對密度和電子溫度進行直接測量。太陽整合檢測儀（ISOIS）用於檢測太陽風中高能粒子的動力學機制，它將告訴我們：這些高能粒子從哪裡來，如何被加速，以及如何被傳播到日光層。

三重防熱系統組成的金鐘罩，加上四把科學儀器寶劍，組裝成了帕克太陽探測器，外形像一個大花瓶，和一輛豐田HIGHLANDER SUV 差不多大。

2018 年 8 月，帕克號成功發射，一同隨著帕克號飛向太陽的，還有一張記憶卡，裡面儲存著尤金·帕克的照片和論文，以及幾百萬人的名單。感謝帕克號，這幾百萬幸運兒實現了“想飛上天，和太陽肩並肩”的願望了。

帕克號的任務壽命只有 7 年。

在這 7 年中，它將環繞太陽 24 圈，一圈比一圈更接近太陽。在撰寫本期文稿的時候，它已經完成了頭三圈的繞日飛行，三次在近日點與太陽會面。由於通訊系統的優異表現，帕克號傳回了 22 千兆的科學資料，這比之前預期的要多 50% 呢。難怪任務運營負責人，尼克勞斯·平金（Nickalaus Pinkine）稱讚帕克號為“出色的孩子”！

感興趣的聽眾可以留意 NASA 官網，這 22 千兆的珍貴資料將於 2019 年聖誕節前公佈。按計劃，帕克號會在 2019 年 12 月再次實施“引力彈弓”，四度掠日時的軌道高度相比前三次大約降低 450 萬公里。2025 年 6 月 14 日，帕克號預計將最後一次飛掠近日點。

揭秘太陽

在這 7 年裡，帕克號將完成帕克老先生未盡的事業——解釋日冕反常高溫和太陽風加速現象的額外能量從哪裡來。帕克號也會為人類揭開無數關於太陽的秘密，這些知識會讓我們對於恆星有著更深入的認識。

“若一去不回……便一去不回！”正如卡西尼號墜入土星大氣層、麥哲倫衛星成為金星的一部分那般，燃料耗盡後，帕克勇士將永遠失去盾牌的保護。為太陽而生的帕克號，最終將成為太陽的一部分。圖：卡西尼號墜入土星大氣層《悟空傳》中有段對話耐人尋味：“大聖，此去欲何？”“踏南天，碎凌霄。”“若一去不回……”“便一去不回！”

帕克號由NASA與約翰霍普金斯大學應用物理實驗室共同打造，耗資15億美元，旨在探索人類既熟悉又陌生的恆星“太陽”。帕克號原先要在昨日同一時間發射，但在發射前1分55秒突然出現技術故障，發射程式被迫終止，NASA事後解釋為氣態氦壓力警報器發出警示，因此停止發射。

古代有個人叫夸父，他力大無窮，身材高大，他認為世界上沒有做不成的事情，有天太陽的炙熱把人烤熟，所以夸父想太陽太可惡，我要把他抓住，並且控制他的為人類造福，而不是害人類，如是他經過千辛萬苦，不屈不撓，最終由於越接近太陽，太陽的炙熱最終他脫水而死，夸父追日這種精神令人敬仰。進入21世紀人類利用科學進行探測太陽，弄清楚它的秘密，期中用了不少新材料，對太陽的等離子，波，磁場，高能粒子等進行調查。並且對太陽用帕克太陽探測器進行近日四次，太陽還有許多秘密沒有解開，人類應該團結一致，發展科技進一步探測宇宙的秘密為人類做貢獻。