出品 | 新浪科技《科学大家》
撰文 |庞之浩 全国空间探测技术首席科学传播专家
在经历了因火箭异常而推迟1天发射之后，2018年8月12日北京时间下午03：31，美国终于从卡纳维拉尔角空军基地第37号航天发射台用德尔他四号重型运载火箭成功发射了举世瞩目的“帕克太阳探测器”（Parker Solar Probe）。
德尔他四号重型运载火箭是美国现役并已执行任务的最大型运载火箭，这种火箭可以将最多28.79吨的有效载荷送入近地轨道，将11吨有效载荷送入地球同步轨道，将11吨重有效载荷送上月球，将8.8吨有效载荷送入火星轨道。每枚造价约4亿美元
“帕克太阳探测器”发射升空
发射“帕克太阳探测器”的德尔他四号重型火箭结构示意图
该太阳探测器的最大亮点是能“触及太阳”，让人类能够以最近的距离观察太阳。它将前所未有的接近太阳，在严酷的高温和辐射条件首次穿过太阳大气层日冕，是第一次正式探访恒星的人造物体，能首次对太阳进行全方位探测，嗅到、尝到太阳的味道，所获数据有望“完全颠覆”以往对太阳的认知。整个项目耗资15亿美元。由此，将掀起探测太阳的新高潮。
“帕克太阳探测器”研制团队在即将发射的探测器前合影。整流罩高19米
1。两大意义和两大谜团
太阳是地球的母亲，为地球上的生命提供光和热，使万物葱茏。但是太阳的一些变化也对地球上的生命和人类活动带来不利影响。例如，太阳耀斑爆发所产生的大量紫外线、X射线、γ射线和高能带电粒子，能扰乱地球磁场，引起磁暴，破坏电离层，造成短波通信中断，甚至伤害地球上的生物；太阳风对地球的气候、电力和人造卫星也经常造成干扰，甚至威胁航天员的安全。
太阳风经常会对地球产生影响，但地球的磁场在一定程度上可保护大气免遭太阳风的侵害
由于太阳是维持地球上一切生命的基础，所以来自太阳的各种波段的能量、动量和质量的变化，制约着地球空间环境的结构和变化。太阳的爆发性活动，则是各种灾害性空间天气的源。因而，对太阳进行全方位的深入观测和探测有两大意义：一是作为宇宙中唯一可以进行高空间分辨表面观测的恒星而具有的天体物理学上的重要性；二是由于人类依存于太阳，所以需要认识太阳的变化及对人类的影响。
太阳日珥喷发与地球的比较
因此，自古以来人类就不断在研究太阳，并逐渐掌握了不少有关太阳的知识。太阳大气从里向外分为光球层、色球层、过渡区和日冕。但是，由于受技术水平限制，目前人类对太阳的了解还是不够深入，仍有不少未解之谜。
太阳的结构
例如，光球层温度大约为6000°C，而日冕的温度可以达到100万°C~200万°C。这是一奇特的现象，它困扰了科学家多年，因为根据常识，离太阳表面越远时，温度应该越低，但事实却正好相反。太阳外部大气层——也即日冕的温度，比太阳表面温度还要高上数百倍。这一反常的现象意味着什么，科学家至今仍未找到合理的解释。这就是所谓“日冕之谜”。
只有当日全食发生时，才能看到日冕区域
日食期间拍摄到的白光日冕形态，太阳风就沿着那些向远处延伸的条纹涌向太空之中
困扰科学家的另一个谜团是太阳风。所谓太阳风就是从太阳上层大气向整个太阳系不断射出的超声速等离子体带电粒子流，它的时速可以达到每小时数百万千米。当太阳风猛烈袭击地球时，会产生美丽的极光，但同时也会干扰卫星通信和导航系统。然而令人惊奇的是，在靠近太阳表面的地方，却并没有任何明显的强风存在，但当太阳风抵达太阳系行星时，却变成了真正的“狂风”，是地球风速的上万倍，科学家怀疑，在太阳和行星之间可能存在一些未知因素，从而让太阳风获得了如此高的加速度。那么在太阳和行星之间究竟是什么因素使得太阳风有那么高的速度呢？
一次大的日冕物质抛射
俗话说，不入虎穴，焉得虎子。探测太阳也是如此。为了解开有关太阳的各种谜团，就必须近距离探测太阳。目前，研究太阳的重要而先进的方法就是发射太阳观测卫星和太阳探测器，这样可以不受地球大气层、地球辐射带和地球自转等影响，近距离对太阳开展多波段、全时域、高分辨率和高精度的观测和探测，揭示太阳活动机理，了解太阳的基本物理规律，探索日球系统奥秘，研究太阳和太阳系是如何影响地球和人类社会生存与发展的。
研究太阳的航天器还可以细分为多种，例如，地球轨道太阳观测卫星、日心轨道太阳探测器、日地平衡L1点太阳探测器（美国已向L1点发射了4颗可在L1点长期观测太阳的卫星）、太阳极轨道探测器等。
2。欧日美竞相观测太阳
按照观测目标的不同，天文卫星可以分为以观测太阳为主的太阳观测卫星和以探测太阳系以外的天体为主的非太阳观测卫星两大类。至今，欧洲、日本和美国先后发射了不少太阳观测卫星。
1962年3月发射的美国轨道太阳观测台一号是世界第一颗太阳观测卫星。1962~1975年期间，美国共发射了8颗“轨道太阳观测台”，主要测量太阳X射线、γ射线、预报太阳耀斑，为载人航天任务提供空间天气基本数据。1963~1976年，美国发射了11颗“太阳辐射卫星”，在11年的太阳活动周期内监测太阳耀斑事件，预报太阳耀斑事件。1980年以来，美国先后又发射了“太阳峰年卫星”、“太阳-磁层探测者”、“太阳异常和磁层粒子探测者”、“过渡区和日冕探测者”、“高能太阳光谱成像仪”、“太阳辐射与气候实验卫星”等一系列太阳观测卫星。其他国家也发射了一些太阳观测卫星。
世界第一颗太阳观测卫星——轨道太阳观测台一号
近些年，欧洲、日本和美国发射了以下几颗重要的太阳观测卫星，它们采集了有关太阳的大量有价值科学信息。
1995年12月2日升空的欧洲“太阳和日球层观测台”是20世纪发射的最著名的太阳观测卫星之一，主要任务是：探测太阳天体内部结构；考察太阳天体的最外层（即日冕部分），太阳从这一层得到热量；探索太阳风的起源和组成，揭示太阳风为什么会那么快的流动。发射后“太阳和日球层观测台”进入地球上方150万千米的“日晕”轨道上。“日晕”轨道位于地球和太阳引力场之间（两者的引力场互相抵消），这里没有黑夜，在那里它可在永远是白昼的条件下对太阳进行不间断的探测。它对太阳进行了广泛的研究，揭示了不少其内部深层和外部强烈的大气活动的秘密，提供了史无前例的对日观测信息，而且不只观测了太阳面向地球的一面，还能观测太阳的另一面。
“太阳和日球层观测台”
2006年9月23日，日本发射了由日本、美国和英国及欧洲其他国家联合研制的太阳-B卫星，运行在距地面600千米高的太阳同步轨道上，每年能对太阳进行8个多月的全天连续观测，无需日夜循环，是日本研发或参与研发的第3颗太阳观测卫星。它有四大使命：①研究太阳磁场。②研究太阳能量辐射。③研究磁重联等现象。④观测太阳大气膨胀等。该卫星主要记录太阳磁场是如何储存和释放大量能量，测量太阳磁场运动及其对太阳大气的影响；拍摄太阳图像，研究太阳耀斑，重点研究太阳耀斑的引爆阶段；帮助人类揭开日冕形成的原因等秘密，为了解和预测太阳扰动提供重要信息，帮助人们深入了解和预测太阳对地球造成的影响。
太阳-B卫星
太阳耀斑爆发后对地球的影响
小知识：太阳耀斑是太阳大气的色球层局部区域突然出现亮斑闪耀，其寿命在几分钟到几小时之间，亮度上升迅速。由于耀斑总是发生在黑子群集中的强磁场区域，因此科学界普遍认为，耀斑的起因是太阳磁场突发的重新排布。当“扭缠”磁场中储存的能量突然释放就会发生太阳耀斑，最大的磁场会产生最大的太阳耀斑。
2006年10月25日，美国发射了世界第一对孪生太阳观测卫星——“日地关系观测台”。进入绕日轨道后，它们始终运行在地球的“两侧”，一个在地球围绕日轨道的前面，另一个则在轨道的后面， 二者就将如同人的双眼一样，利用在太空中相互错开的优越定位“注视”太阳。“日地关系观测台”首次为人类展示太阳黑子爆发时的全景三维图像，这些图像有助于天文学家对太阳风暴对航天员和通信卫星所造成的影响做出准确地预测，极大地增进对太阳爆发的了解。它们还首次对日地之间的“太空天气”进行了拍照与追踪，首次通过无线电三角定位法连续确定行星际激波的位置，以及首次对太阳活动进行拍照并在1天文单位的尺度内对高能粒子进行实地测量。其另一项重要使命是预报太阳风暴，立体观看太阳与太阳向周围空间喷发的大量气团及带电粒子，更好的了解太阳日冕物质喷发现象，搞清其穿越太阳大气传播的特性，提高对地球周围太阳风结构的认识。
一对“日地关系观测台”
2010年2月9日，美国“太阳动力学观测台”卫星升空，其太阳图像分辨率比以往的太阳观测卫星提高了10倍。它运行在地球同步轨道，目的是能确保几乎不间断地观察太阳磁场、喷发的等离子体和众多其他现象，每天能收集到有关这些现象远比现有卫星收集的信息要多，从而能更准确和更及时地预测空间天气。该卫星用于了解太阳变化的特征和研究太阳对气候、通信系统、航天器工作的影响等问题，推进“与日共存”（LWS）国际空间合作计划。该卫星每0.75秒获得一幅图像（“太阳和日球层观测台”每12分钟提供一张图片，“日地关系观测台”每90秒提供一张图片）；所有的成像的分辨率比高清电视的好10倍，可揭示太阳活动的每一细节；每天能向地面转送1.5太比特有关太阳信息的庞大数据流，所发回的数据将是以前任何一颗太阳观测卫星的50倍，每天向地面发送的数据相当于每天传送50万首歌曲。所以，“太阳动力学观测台”有助于研究太阳大气，观测太阳活动周期起因，使科学家们对太阳的多种状态和太阳对地球的影响有新的理解。
“太阳动力学观测台”
“太阳动力学观测台”获得的太阳表面高清晰度图片
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