無(wú)論是神話(huà)傳說(shuō)中的夸父逐日、后羿射日，還是現(xiàn)代以來(lái)針對(duì)太陽(yáng)的各種望遠(yuǎn)鏡和探測(cè)器，或許都意味著，從古至今，人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)的興趣從來(lái)未曾褪卻過(guò)。

近日，NASA 科學(xué)任務(wù)理事會(huì)副局長(zhǎng)托馬斯·祖布?xì)J（Thomas Zurbuchen）宣布，“帕克太陽(yáng)探測(cè)器 于今年 4 月 28 日成功穿過(guò)太陽(yáng)日冕，成為人類(lèi)歷史上首個(gè)‘接觸’太陽(yáng)的航天器”[1]。

該探測(cè)器于 2018 年發(fā)射升空，旨在觀(guān)測(cè)太陽(yáng)內(nèi)部環(huán)境，并揭示太陽(yáng)運(yùn)行機(jī)制，從而為解決一些天文學(xué)界長(zhǎng)期存在的難題提供佐證。

12 月 14 日，相關(guān)成果發(fā)表在Physical Review Letters上，該論文以《帕克太陽(yáng)探測(cè)器進(jìn)入磁控日冕》（Parker Solar Probe Enters the Magnetically Dominated Solar Corona）為題。第一作者是美國(guó)密歇根天體物理學(xué)研究所教授、BWX Technologies 副首席技術(shù)官賈斯汀·卡斯帕（Justin C. Kasper ）。

人類(lèi)“逐日”步伐從未停息

人類(lèi)離不開(kāi)陽(yáng)光，就像離不開(kāi)空氣和水一樣。如春雨潤(rùn)物無(wú)聲，太陽(yáng)光照在維持地球循環(huán)運(yùn)作方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

古時(shí)候，太陽(yáng)一度被神話(huà)成人，《淮南子·天文訓(xùn)》中記載：“日出于旸谷，浴于咸池，拂于扶桑，是謂晨明?！?/p>

到了近現(xiàn)代，隨著科學(xué)文明的進(jìn)步，我們終于知道太陽(yáng)其實(shí)只是銀河系內(nèi)諸多星系中的一顆普通恒星，所謂的太陽(yáng)發(fā)光也只是其內(nèi)部的核聚變反應(yīng)。然而，人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)的好奇并未因此而得到滿(mǎn)足，反而愈發(fā)想要探索其隱藏在“高溫面具”下的真面目。

圖 | 日全食期間的日冕圖像（來(lái)源：NASA）

20 世紀(jì) 90 年代，美國(guó)發(fā)射“尤利西斯”（Ulysses）太陽(yáng)探測(cè)器，以求近距離觀(guān)測(cè)地球兩極。在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá) 17 年的漫長(zhǎng)飛行旅程后，其最終于 2008 年完美結(jié)束探索使命；

2001 年，“起源”號(hào)探測(cè)器成功發(fā)射。值得一提的是，該探測(cè)器通過(guò)一種收集裝置，成功采集到太陽(yáng)風(fēng)粒子樣本；

2003 年，“星系演化”探測(cè)器成功升空，這是人類(lèi)首次對(duì)銀河系以外的太空進(jìn)行紫外線(xiàn)測(cè)量，為包括太陽(yáng)系在內(nèi)的眾多星系的演化研究提供了支持；

2018 年 8 月 12 日，此次報(bào)道中的主角帕克太陽(yáng)探測(cè)器在肯尼迪航天中心發(fā)射。不同于此前的各種航天器，NASA 對(duì)其寄予厚望，認(rèn)為“這將是人類(lèi)探測(cè)器首次如此近距離接觸太陽(yáng)，它將直接飛入太陽(yáng)外層大氣層日冕所在軌道上，距離太陽(yáng)表面僅 650 萬(wàn)公里”。

需要注意的是，將航天器送入太陽(yáng)磁化大氣層的概念，甚至比 NASA 創(chuàng)立時(shí)間更早。

據(jù)悉，帕克探測(cè)器是目前已知飛行速度最快的人類(lèi)航天器，速度幾乎可達(dá)每小時(shí) 40 萬(wàn)千米。

此外，它的名字來(lái)源于美國(guó)天文學(xué)家尤金·帕克（Eugene Parker），以表彰其在太陽(yáng)風(fēng)研究中作出的卓越貢獻(xiàn)。

探測(cè)器首次進(jìn)入太陽(yáng)日冕

雖然公布日期是在 12 月 14 日，但事實(shí)上，帕克探測(cè)器抵達(dá)太陽(yáng)日冕處的準(zhǔn)確時(shí)間為 4 月 28 日，并停留了 5 個(gè)小時(shí)之久。

帕克探測(cè)器的主要目標(biāo)是了解太陽(yáng)的工作原理，不過(guò)這卻需要其穿越太陽(yáng)大氣層，并搜集太陽(yáng)粒子。

日冕是太陽(yáng)大氣的最外層，溫度可達(dá) 200 萬(wàn)攝氏度，太陽(yáng)內(nèi)部的溫度卻只有 5500 攝氏度左右。如何讓航天器抵御高溫的侵蝕穿越太陽(yáng)外邊界也因此成為了關(guān)鍵。

為了解決這個(gè)難題，哈佛-史密森尼天體物理中心（CfA）的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)類(lèi)似杯子的探測(cè)儀器，由鎢、鈮、鉬和藍(lán)寶石等具有高熔點(diǎn)的材料制成，即使是穿越日冕也不會(huì)融化。

CfA 天體物理學(xué)家安東尼·凱斯（Anthony W. Case）表示，“擊中帕克太陽(yáng)探測(cè)器的光量決定了航天器的溫度。雖然探頭的大部分都受到隔熱罩的保護(hù)，但我們的杯子是僅有的兩種突出且沒(méi)有保護(hù)的儀器之一。”

在凱斯看來(lái)，該太陽(yáng)探測(cè)器杯本身就是一種工程壯舉。

他進(jìn)一步解釋道，“在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，杯子會(huì)直接暴露在陽(yáng)光下并在非常高的溫度下運(yùn)行；它實(shí)際上是熾熱的，儀器的部分溫度超過(guò) 1000 攝氏度，并發(fā)出紅橙色的光?！?/p>

最終結(jié)果是，太陽(yáng)探測(cè)器杯成功完成太陽(yáng)粒子的收集工作，這將幫助科學(xué)家們了解帕克探測(cè)器的最新動(dòng)態(tài)以及其是否安全抵達(dá)日冕。

圖 | 藝術(shù)家對(duì)接近太陽(yáng)的帕克探測(cè)器的構(gòu)想（來(lái)源：NASA）

通過(guò)帕克反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，即阿爾文臨界表面并不是光滑的，而是如同老人一般有著“皺紋”。

阿爾文臨界表面位于“太陽(yáng)大氣層終結(jié)和太陽(yáng)風(fēng)開(kāi)始”的位置，由于太陽(yáng)沒(méi)有固體的表面，這個(gè)位置也就成為了常規(guī)意義上的界面。

研究人員注意到，阿爾文臨界表面下方的折返點(diǎn)遠(yuǎn)少于其上方的折返點(diǎn)。這一發(fā)現(xiàn)可能意味著日冕內(nèi)不會(huì)形成折返。

“幾十年來(lái)，我們一直在觀(guān)察太陽(yáng)及其日冕，我們知道那里正在發(fā)生有趣的物理學(xué)來(lái)加熱和加速太陽(yáng)風(fēng)等離子體，但我們?nèi)匀粺o(wú)法準(zhǔn)確地說(shuō)出這種物理學(xué)是什么。”NASA 帕克太陽(yáng)探測(cè)器項(xiàng)目科學(xué)家努爾·拉瓦菲（Nour Raouafi）表示。

“隨著帕克太陽(yáng)探測(cè)器現(xiàn)在飛入磁主導(dǎo)的日冕，我們將獲得期待已久的關(guān)于這個(gè)神秘區(qū)域內(nèi)部運(yùn)作的見(jiàn)解?！?/p>

-End-

參考：

1.J.?C. Kasper et al.Physical Review Letters127，255101（2021）.

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.255101