“帕克”逐日引发的思索

 “我们的太阳包含有大约2%的较重元素，因为他是一颗第二或第三代恒星。它是在大约50亿年前由包含更早期超新星碎片的旋转气体星云形成的。该星云中的大部分气体形成太阳，或者被吹走。然而少量较重元素则结合在一起，形成现在绕太阳运转的行星（如地球）的星体。”——霍金演讲《热大爆炸模型》。

今天一早，K博士看到美国“帕克”太阳探测器北京时间12日下午3：31分升空的消息，不禁为科学研究太阳的脚步更近一步而兴奋起来。太阳是一颗体积约为地球的130万倍，旋转着而炙热的气球，各圈层的元素气化存在，又因为无法通过观察获得更进一步的认识，对洋葱一样的圈层运行规律知之甚少，NASA组装了这台可以折射光辐射并使用特殊材料制造的探测器，距离太阳大约650万公里，将史无前例地接近最外层日冕层，已经沐浴在1000摄氏度左右的太阳风中。“帕克”探测器将完成它七年的探测任务并环绕太阳24次。这就是无数科学家包括K博士对“帕克”太阳探测器如此兴奋的原因。他把一杯茶水喝了半天，举起又放下，乐此不疲地翻阅着各种网页头条。这时突然电话叮铃铃响起来，电话的一端是目前从事遗传学相关研究的老同学张江博士。K博士终于放弃了阅读，并起身拿起话筒：“喂我是K，您是哪位？哎呀是张江啊，老朋友好久不见了有什么事情吗……”

    K博士听到张江博士对“帕克”探测器如此感兴趣，以及对核物理事业的见解，便立即接受邀请，驱车前往了张江博士位于遗传学大楼三楼的生物实验室。实验室里展陈的实验内容有很多，例如多克隆抗体制备成果；植物细胞与染色体工程等。K博士对这些领域都知之甚少，而且这些科技成果都放在培养仪器中。

    热可可在杯子里打着旋，缓缓地吐出热气弥漫在空气中，也拉近了许久不见老朋友之间的距离。两位科学达人在久别重逢的叙旧中，开启了一场不同凡响的交流与思索。

    张江博士刚一落座就打开了话题：“本次探测的逐日计划任务要厘清三个问题：为什么太阳光球层的温度比日冕层温度低很多，太阳风的神秘过程以及太阳风如何获得高达数百万英里/小时的速度和太空天气现象。

    从生活储能方面，太阳的热能为地球上的生命创造了理想的生存环境，地球在合适的位置沐浴在太阳风暴的照耀下，使地球有冷热和四季变化，在此之前科学家也只是靠研究它的辐射和定期观察预测日出日落的时间、太阳黑子的活跃程度。但是随着卫星通信方面的发展，还需要对太阳风暴进行更精确的了解。”

    这些结论得到了K博士的认同，于是两人慢慢品尝几口热可可调整好情绪后，张江博士继续说道：“太阳也像一间超级实验室，因其温度极高、密度极小、体积极大、磁性极强，促进了相关的原子物理学、等离子体物理学等理论实践的发展。例如广义相对论阐述：在极强引力的作用下，空间是弯曲的，因此光线传播的途径有一定的曲率。科学可以利用太阳进行实验检验，来证实理论及观察的现象的正确性。再例如，漫天的繁星多是和太阳类似的恒星在发光发热，恒星有不同的年龄，不同的质量和演化。而这些恒星对环绕的行星和周围的宇宙环境造成的影响，都可以通过对太阳的探究完善宇宙学的相关知识定义。所以本次探测只是一个开端，今后人们还要进行相类似的探测计划。

    我国科学家就设想到把望远镜放在太空中利用地球的遮挡形成另类“日食”，通过长时间、高精度的观测探秘太阳风暴。这样可以避开耀眼的阳光和地球大气层的阻隔，对日冕发出的光线进行观测。这一大胆的设想被称为‘地掩天蚀’计划。”

    K博士微笑着点点头说道：“就我所知太阳表面活动过强，会带给地球大量的太阳风磁暴，会干扰卫星穿过大气层联系地面基站的信号。不过总体上讲，太阳活动虽然给科学技术带来一些影响，也不至于近期造成过大的损失，人们只要持续探索相信在未来能够找到出路。太阳带给地球的还是取之不尽、用之不绝、绿色环保的太阳能可再生资源，风能、水能、海洋温差能、波浪能、生物能和部分潮汐能都来源于太阳。应用最广泛的就是太阳能电池，由其组成的标准光伏太阳能板每片平均发电量大约1度电/每天。”

    张江博士赶忙添加了一些咖啡，补充道：“是啊，随着化石能源的不断消耗，这些不可再生资源终有一天将会枯竭。解决能源问题的出路是提高能源的利用率，并不断开发新能源，特别是开发和利用核能和太阳能。太阳的热核聚变，是在高温高压下产生的由四个氢原子核聚变为一个氦原子核并释放原子能。如果我们能在地球上，在相关技术成熟的情况下建造出热核聚变发电厂，那么发电效率将是常规核发电厂的四倍。到那时，将对能源危机和环境污染起到釜底抽薪的作用，整个地球将以一种全新的模式运行着，这也许就是人类的终极技术。”

    这时K博士打开了身旁的电脑，电脑上呈现出东方超环超导托卡马克核聚变装置的图片，然后根据名称指点起各部分结构：“在我国合肥国家等离子体物理研究所正在研制国家“九五”重大科学工程项目人造太阳——EAST超导托卡马克核聚变实验装置，是根据能源之母——太阳产生能量的模式——热核反应进行的科学研究。但是热和反应堆却没有任何材料可以承载，原因就是它的炙热程度等同于太阳，只能采取磁悬浮的方式进行，由超高真空室、纵场线圈、极向场线圈、内外冷屏、外真空杜瓦、支撑系统等六大部件组成。特别是EAST运行需要超大电流、超强磁场、超高温、超低温、超高真空等极限环境，从芯部上亿度高温到线圈中零下269度低温，给装置的设计、制造工艺和材料方面提出了超乎寻常的要求。[i]   

我近期查阅到：今年6月9日,由中核集团承担的国际热核聚变实验堆（ITER）磁体支撑部件，首批产品在贵州遵义正式交付，将被运往位于法国的国际热核聚变实验堆现场，成为进入厂房并进行安装的首批基础性部件。”

    张江博士继续道：“太阳能发电是最普遍的利用方法。我国是世界上最大的太阳能生产国，晶硅太阳能电池效率世界第一，光伏建筑一体化、大规模低成本发电站、太阳能照明光源，都处于世界领先地位。这意味着，利用太阳能、围绕太阳能采集和转换的产业——光伏产业正在蓬勃发展。

    K博士附和道：“是的，为了让电池板有更好的性能，我国科学家在钙钛矿太阳能电池领域取得重要突破；非晶／微晶硅叠层薄膜太阳电池成套制造工艺是我国“十二五”国家863计划项目。本次“帕克”逐日探测器仍然使用太阳能供电，不过由于光线充足，它的看点是采用了隔热耐高温的复合材料：使用一种直径约为2.4米，11.5厘米厚的碳复合泡沫作为隔热装置，在日冕层接近太阳一千多摄氏度的环境里保持在29℃。采用了轻质隔热材料的碳板，在朝阳面板上涂上白色陶瓷漆，以尽可能多地反射热量。然后，内部热保护系统可承受高达1,650 C的温度。另外，隔热罩外的太阳能探测杯本身由钛 - 钼 - 钼合金片制成，熔点约为2,349摄氏度；产生电场的芯片由钨制成，熔点最高为3,422摄氏度；电缆布线采用抗高温的铌制成电线；蓝宝石水晶管作为线管。”

    气氛陷入了长久的沉默，不知是好朋友之间亲密的谈话将要接近尾声，还是一些问题引发了更深切的思考，窗外车水马龙、广厦林立，屋里仪器飞转、灯火辉煌。

    张江博士缓缓问到：“不知道你还记得么，我们一起探讨过我国古代有这么多发明创造，正是由于对许多的影响世界发展的先进事件进行记录和总结，才升华为理性认识，才逐渐形成一个个独立完整的理论体系，这最终导致科学某些领域的领先。我记得你当时是这样说的：科技发展总有关键的那些发明改变了人类发展的历史，使得历史不仅是死板地遵循某些规律而运行的，古代的经验教训更加激发了近代科技突飞猛进的发展。我国自主研发的诸多科学重器，不紧打破了国外的技术封锁和产品垄断，更成为未来各领域发展的有力基石，这些都让我感觉到要具有勇于实践的精神，积极地为科学界带来希望，也预示着我们国家的科学发展还面临着更多的挑战。”

    K博士从张江博士的实验室告辞之后，发动汽车准备启程时，突然想到美国航天局科学家约翰·马瑟说的一句话：“光通过光合作用给了我们生命，让我们看到宇宙大爆炸之后的历史，帮助我们相互沟通，或许还会帮助我们发现太空中的其他生物。”——氢、氦、氮、碳、氧、铁、镁、硅、钙、钠……我们的身体里就含有太阳的元素，就好像人类天生就属于宇宙尘埃的一部分，“飞天逐日“不仅要摸到神秘的太阳，还要轻轻揭开宇宙黑暗披风的一角，寻找永恒持久的光亮。

[i] 参考网页：中国科学院等离子物理研究所网页。