美國宇航局計劃發射一艘無人飛船，與太陽展開史上最近距離的接觸，並首次穿越日冕——熾熱的太陽大氣層。
在人類歷史上，太陽崇拜是一個頗為常見的主題，這是有原因的。這顆黃色的矮恆星是這個行星大家庭的一家之主，是我們的宇宙近鄰中影響力最大的天體，以及地球上所有生命的“助產士”。這種尊敬是它應得的。
然而，太陽仍是太陽系中得到探索最少的天體之一。畢竟，你很難去研究一個巨大無比的聚變反應堆，一不小心，它就能把你的視網膜灼穿，更別提發射宇宙飛船近距離擁抱這團火焰了。
就在這時候，太陽探測器Solar Probe Plus（SPP）登場了。美國宇航局（NASA）正在約翰霍普金斯大學的應用物理學實驗室中，開發這樣一個項目。這艘無人飛創將與太陽展開史上最近距離的接觸，並首次穿越日冕——熾熱的太陽大氣層。它的飛行速度將超過任何人造物體，途中將接受嚴寒與酷熱的考驗，帶來太空史上最親密的太陽一瞥，並且最近距離地瞻仰太陽風的威力。
據SPP項目科學家尼古拉·福克斯（Nicola Fox）介紹，這艘飛船計劃在2018年夏天發射。而早在NASA成立以前，這項任務就是太空科學界的一個重大目標。
“為了觸摸太陽，我們等待了太久太久。”福克斯在接受電話採訪時說。“在太陽系中，它是太空飛船最後一個造訪的主要區域，而且是個重要區域，因為太陽是太陽系的中心，我們的生命依存於它。所有行星都在某種程度上受其影響。”
SPP的設計目標是要飛掠距太陽表面（即“光球”）8.5倍太陽半徑處（590萬公里），那裡是太陽的外日冕。1976年，美國宇航局的太陽神2號（Helios 2）探測器曾飛經距太陽表面4345萬公里處，創下紀錄。而SPP一下將距離縮短到了原先的七分之一。
如果一切順利，這艘親吻太陽的飛船還將成為史上最快的人造物體，估計軌道時速高達72萬公里。之前的紀錄保持者是NASA的朱諾號（Juno）軌道器，其最高時速為26.6萬公里，而SPP的速度是它的三倍。這是怎樣一個概念呢？有SPP這樣的速度，一秒鐘就能飛200公里，相當於從北京到唐山的距離。（當然，它比光速還要差遠了，光速每秒可繞地球赤道八圈。）
飛船將在七年時間內，七次飛掠金星，不斷調整其匪夷所思的速度，並使飛行軌道越來越靠近太陽。
“這就好比在太陽周圍衝浪。”福克斯說。“在海里衝浪時，你只要速度夠快，就不會落入水中。我們的飛船也是同理，通過飛掠金星表面，不斷給自己減速，損耗掉一些能量。最後通過七個階段，以一種流暢的方式，一步步靠近太陽。”
由於一次次穿過日冕，SPP將被暴露在1377攝氏度的超高溫之下，在這樣的溫度下，電子儀器設備通常會化為灰燼。
這時，先進的熱防護系統（TPS）就派上用場了。這其實是一面直徑2.4米的隔熱罩，只有11.43釐米厚，由夾在兩塊面板中的輕質發泡石墨材料構造而成。
SPP隔熱板
“我們稱之為巨型飛盤。”機械工程師伊麗莎白·孔頓（Elizabeth Congdon）說，她領導TPS的材料測試團隊。“所有組件的重量都受到嚴格限制，因此，設計不但要耐高溫，還要足夠輕質，這樣才能被髮射出去。”她說，構建有史以來最快的飛船，歸根結底是一場“質量（mass）遊戲”。
隔熱板的泡沫中有97%是空氣，使隔熱板質量得以限制在 73公斤以內。泡沫還給面板提供了一個承重層，併為儀器提供了熱緩衝。其散熱能力極為高效，向陽面雖接受著太陽的炙烤，但背陰面卻能夠維持室溫環境。
另外，TPS還足夠靈活、耐用。SPP一會兒穿越太陽大氣層，一會兒又繞回嚴寒的金星軌道，因此，TPS必須經受住兩種極端溫度的考驗。
“高低溫環境我們都要測試，”孔頓說起TPS的檢測過程。“因為要飛掠金星，飛船要經歷24個高低溫週期，它不但要耐受高溫，而且還要經歷零下93攝氏度的低溫。在七年時間內，這樣的週期會有24個。對一艘飛船來說，這樣的挑戰是非常艱鉅的。”
在如此嚴酷的條件下，飛船的整套儀器將不受任何影響，可專注於觀測太陽的磁場、等離子體和高能粒子，以及太陽風的動態。
由於探測器將深入人類前所未至的外日冕，它有望解開由來已久的太陽風之謎。太空氣候、極光、彗尾、地球生命以及人類文明創造的電子設備都受到太陽風的深切影響，因此，我們最好還是摸清它的脾氣。
“太陽和太陽風帶給我們幾個主要的謎團，”福克斯說。“一是日冕（日食期間可以看到的太陽大氣層）比太陽表面還要燙。這有點違反物理定律。不應該是這樣的結果。”
正是在這個熱得莫名奇妙的區域，太陽風變得極為高能，以至於不再受到太陽引力的束縛，這也成了第二個未解之謎。
“就好像太陽風被打了針咖啡因，突然就脫離太陽，飛了出去。”福克斯說。“科學界自發現太陽風以來，就被這個問題所困擾。如今100多年過去了，問題依然沒有得到解答。”
SPP計劃解開這兩個誘人的難題，順便粉碎先前的太空飛船所創下的紀錄。“我們將去往人造飛船從未踏足過的領域。”福克斯說。
“那是奇蹟發生的地方。”
翻譯：雁行
來源：Motherboard
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