美蘇冷戰(zhàn)時期，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”：

美國人登月成功后，勃列日涅夫當天就打電話給蘇聯(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）

但是隨著科學的發(fā)展，登陸太陽的笑話卻成為了現(xiàn)實。

據(jù)報道，2021年12月14日，美國國家航空航天局（NASA）科學任務理事會副局長托馬斯·祖布欽在新奧爾良舉行的“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。

雖然此次初體驗只持續(xù)了幾個小時，但它開啟了人類“接觸”太陽的篇章，PSP將在未來7年的時間里進行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？其實這個溫度主要來自科學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。

科學家對每個頻率輻射的強度進行分析，發(fā)現(xiàn)有的頻率輻射強、有的頻率輻射弱，與大約6000度（準確的說是5700開爾文溫度，大約5500度）的黑體釋放的輻射強弱分布非常相似，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)?、色球?qū)印⑦^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，藍色的Corona是指日冕，溫度可達上百萬卡爾文溫度（與攝氏度相差273度） 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，并不完全一樣。在宇宙空間中的某個區(qū)域，它的溫度可以在達到幾千度的同時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)由小到看不見的微粒——分子和原子構(gòu)成，所謂溫度，其實是衡量構(gòu)成物質(zhì)的微粒的運動速度，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幾百萬度的日冕空間，但根據(jù)科學家的計算，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，而鐵的熔點則是1538攝氏度，堪堪在融化邊緣。

飛越太陽大冒險，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，甚至進行科學探測的呢？

這其實是因為科學家們給“帕克”太陽探測器“穿”了一件熱防護罩（heat shield）。這個熱防護罩由厚度為11.43厘米（4.5英寸）的碳復合防護層構(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。

熱防護罩被設(shè)計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罩 （圖片來源：NASA）

按照科學家的估計，雖然外層面臨1400攝氏度的溫度，但由于保護罩的作用，“帕克”太陽探測器在任務后期最接近太陽表面時，防護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，距離鋁的熔點660攝氏度還差得遠。

實際上，設(shè)計這艘飛船的科學家和工程師更擔心的是背陽面沒有太陽輻射可能會太冷，航天器上的科學儀器和設(shè)備在任務期間非但不會融化，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)計外觀，正面白色的板子就是熱防護罩 （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，是因為講笑話的大眾早已認知到太陽無比炙熱，并且認知到晝夜是因為地球繞太陽自轉(zhuǎn)造成，太陽不會因為進入夜晚而變冷。

稍作思考就會發(fā)現(xiàn)，大眾的認知是隨著科學家的探索和研究不斷拓展而隨之提升的，正是由于以學者尤金?帕克（Eugene Parker）為首的科學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，并且能帶給我們對太陽更多的認識，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。

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)射的先進天基太陽天文臺（ASO-S），還有NASA的MUSE和HelioSwarm任務，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：

[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

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