美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期，美國人編造了大量抹黑蘇聯(lián)的“故事”，比如這則著名的“晚上去太陽”：

(資料圖片僅供參考)

美國人登月成功后，勃列日涅夫當(dāng)天就打電話給蘇聯(lián)宇航員……

“鑒于美國人已經(jīng)在月球上登陸，現(xiàn)在蘇聯(lián)決定，馬上派你們?nèi)ヌ柕顷??！辈腥漳蛘f。

“您不知道嗎，勃列日涅夫同志，我們會被燒死的?！庇詈絾T大驚，哽咽道。

勃列日涅夫生氣地說：“你以為政治局沒有考慮過嗎？我們已經(jīng)決定，派你們晚上在太陽登陸！”

在“蘇聯(lián)笑話”里經(jīng)常被黑的老幾位

（圖片來源：IMRussia）

這個笑話流傳甚廣，至今仍被多次改動成為網(wǎng)絡(luò)段子或相聲臺詞，用來形容地位高、名氣大卻沒有常識的人。

大家都知道，地球有白天黑夜之分，但不論白天還是黑夜，太陽都是一個無比灼熱的大火球。至于登陸或者飛越？那簡直是癡人說夢。

動圖：地球自轉(zhuǎn)與晝夜交替

（圖片來源：vjshi.com）

但是隨著科學(xué)的發(fā)展，登陸太陽的笑話卻成為了現(xiàn)實(shí)。

據(jù)報(bào)道，2021年12月14日，美國國家航空航天局（NASA）科學(xué)任務(wù)理事會副局長托馬斯·祖布?xì)J在新奧爾良舉行的“2021年美國地球物理聯(lián)盟秋季會議”上宣布，人類發(fā)射的“帕克”太陽探測器（Parker Solar Probe，簡稱PSP），在發(fā)射三年后，于2021年4月成功穿過太陽大氣的最外層（日冕），成為首個“接觸”太陽的航天器。

雖然此次初體驗(yàn)只持續(xù)了幾個小時(shí)，但它開啟了人類“接觸”太陽的篇章，PSP將在未來7年的時(shí)間里進(jìn)行21次近距離接近太陽的飛行。

登陸太陽，你要承受多高的溫度？

我們常聽說，“太陽表面的溫度大約有6000度”，這數(shù)據(jù)哪兒來的？是有人去測過嗎？其實(shí)這個溫度主要來自科學(xué)家們對太陽輻射的分析。

太陽的表面被稱為“光球?qū)印?，我們?nèi)庋劭匆姷奶柨梢姽饩褪菑倪@里發(fā)射出來的。除可見光外，光球?qū)舆€在全波段發(fā)射不同頻率的輻射，如紫外線、X射線等。

科學(xué)家對每個頻率輻射的強(qiáng)度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有的頻率輻射強(qiáng)、有的頻率輻射弱，與大約6000度（準(zhǔn)確的說是5700開爾文溫度，大約5500度）的黑體釋放的輻射強(qiáng)弱分布非常相似，所以得出了“太陽表面溫度大約6000度”的結(jié)論。

不過，“帕克”探測器所穿過的并不是太陽表面，而是日冕，那里可比表面的6000度熱多了。

太陽大氣從內(nèi)到外主要分為光球?qū)印⑸驅(qū)?、過渡區(qū)和日冕，溫度隨高度發(fā)生變化。下圖的曲線就是太陽大氣高度從低到高的溫度變化曲線，從表面的幾千度到幾萬度，再到日冕的上百萬開爾文溫度，太陽大氣從里向外的溫度越來越高。

太陽大氣從內(nèi)向外的溫度，藍(lán)色的Corona指的是日冕，溫度可達(dá)上百萬卡爾文溫度（與攝氏度相差273度）

（圖片來源：NASA）

因此，“帕克”太陽探測器雖然是在太陽最外層的區(qū)域，但反而處于溫度較高的地方。

不過，太陽周圍“等離子體”的“溫度”，跟我們?nèi)粘＝佑|冷暖的經(jīng)驗(yàn)，并不完全一樣。在宇宙空間中的某個區(qū)域，它的溫度可以在達(dá)到幾千度的同時(shí)又不給其他物體提供顯著的熱量。

也就是說，身處其中我們卻不覺得熱。這是為什么呢？

在解釋這個問題前我們需要知道，物質(zhì)由小到看不見的微?！肿雍驮訕?gòu)成，所謂溫度，其實(shí)是衡量構(gòu)成物質(zhì)的微粒的運(yùn)動速度，而熱量，衡量的則是物質(zhì)間傳遞的能量總量。粒子可能移動得很快（高溫度），但是如果數(shù)量極少的話，它們就不會傳遞大量的能量（低熱量）。

由于宇宙空間大多是空的，像日冕這樣的地方其實(shí)物質(zhì)密度極低，能夠直接傳遞的熱量并不會很高。在太陽周圍，更容易讓探測器變熱的，是太陽龐大的輻射。就像我們曬太陽覺得暖和一樣，以可見光為代表的太陽輻射，會把許多能量傳遞給照射到的物體。

因此，雖然“帕克”太陽探測器穿越了一個溫度達(dá)幾百萬度的日冕空間，但根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，探測器面向太陽那一面的隔熱屏表面只能被加熱到約1400攝氏度（華氏2500度）。當(dāng)然這個溫度也已經(jīng)非常高了，比如火山噴發(fā)的巖漿溫度大概是700-1200攝氏度，而鐵的熔點(diǎn)則是1538攝氏度，堪堪在融化邊緣。

飛越太陽大冒險(xiǎn)，裝備怎么選？

在1400度的高溫下，即使探測器不被融化，里面的精密設(shè)備也難以正常工作?！芭量恕碧柼綔y器是怎么做到成功穿越太陽日冕，甚至進(jìn)行科學(xué)探測的呢？

這其實(shí)是因?yàn)榭茖W(xué)家們給“帕克”太陽探測器“穿”了一件熱防護(hù)罩（heat shield）。這個熱防護(hù)罩由厚度為11.43厘米（4.5英寸）的碳復(fù)合防護(hù)層構(gòu)成，上面還涂有白色陶瓷層，可以使它盡可能多地反射以太陽光為首的太陽輻射。

熱防護(hù)罩被設(shè)計(jì)在探測器朝向太陽的一側(cè)，位于用鈦框架構(gòu)造的大型散熱器的頂部。在航天器飛往太陽表面的過程中，這種結(jié)構(gòu)使太空船的有效載荷始終處在陰涼黑暗的陰影中。

工作人員安裝熱防護(hù)罩

（圖片來源：NASA）

按照科學(xué)家的估計(jì)，雖然外層面臨1400攝氏度的溫度，但由于保護(hù)罩的作用，“帕克”太陽探測器在任務(wù)后期最接近太陽表面時(shí)，防護(hù)層底面的溫度可維持在315-371攝氏度。這個溫度大約是鉛的熔點(diǎn)，距離鋁的熔點(diǎn)660攝氏度還差得遠(yuǎn)。

實(shí)際上，設(shè)計(jì)這艘飛船的科學(xué)家和工程師更擔(dān)心的是背陽面沒有太陽輻射可能會太冷，航天器上的科學(xué)儀器和設(shè)備在任務(wù)期間非但不會融化，反而有可能凍結(jié)。

為了避免走向過冷凍結(jié)的極端，“帕克”探測器攜帶的這些儀器和設(shè)備的外部都用熱毯包裹，并與單獨(dú)的太陽能加熱器配對。簡單地說，這些儀器也跟我們過冬一樣蓋上電熱毯啦！這可以使它們工作環(huán)境的溫度保持在28攝氏度左右。

不管加熱還是制冷，“帕克”探測器都需要電力作為動力，并為探測器搭載的儀器以及其他電子設(shè)備供電。而近距離的太陽正是它的“生命之源”。探測器發(fā)電使用的太陽能電池板被安裝在從散熱器下方伸出的翼狀襟翼上，不僅可以處理太陽的熱量，還配備有自己的冷卻系統(tǒng)，能夠源源不斷地為“帕克”探測器提供電力。

帕克太陽探測器設(shè)計(jì)外觀，正面白色的板子就是熱防護(hù)罩

（圖片來源：NASA）

回到咱們本文的開頭——“晚上去太陽”之所以成為一個笑話，是因?yàn)橹v笑話的大眾早已認(rèn)知到太陽無比炙熱，并且認(rèn)知到晝夜是因?yàn)榈厍蚶@太陽自轉(zhuǎn)造成，太陽不會因?yàn)檫M(jìn)入夜晚而變冷。

稍作思考就會發(fā)現(xiàn)，大眾的認(rèn)知是隨著科學(xué)家的探索和研究不斷拓展而隨之提升的，正是由于以學(xué)者尤金?帕克（Eugene Parker）為首的科學(xué)家們對太陽不斷的研究，才有今天我們對此的了解。在本文介紹的技術(shù)的支持下，“飛越太陽”正在成為現(xiàn)實(shí)，并且能帶給我們對太陽更多的認(rèn)識，極大地拓展人類對太陽物理的理解和重構(gòu)。

今天，“帕克”探測器去近距離接觸太陽，所帶回的珍貴信息，就會成為大眾明天的“三歲小孩都知道的常識”。相信在不遠(yuǎn)的將來，“帕克”太陽探測器會為我們帶來更多太陽的奧秘，完成更多看似“不可能”的任務(wù)。

而繼“帕克”探測器之后，還有許多新的探測器正在為人類探日出一份力，例如中國的“羲和”探測器和今年要發(fā)射的先進(jìn)天基太陽天文臺（ASO-S），還有NASA的MUSE和HelioSwarm任務(wù)，都是觀測太陽的航天器。就讓我們一起拭目以待吧！

參考文獻(xiàn)：

[1] Parker Solar Probe Completes a Record-Setting Swing by the Sun, https://blogs.nasa.gov/parkersolarprobe/

[2] Parker Solar Probe’s Heat Shield Enters Thermal Vacuum Testing, https://blogs.nasa.gov/parkersolarprobe/2017/12/

[3] The Parker Solar Probe Mission, https://blogs.nasa.gov/parkersolarprobe/2018/08/11/the-parker-solar-probe-mission/

出品：科普中國

作者：錚錚有聲

標(biāo)簽： 太陽大氣 太陽輻射 科學(xué)家們