無論是神話傳說中的夸父逐日、后羿射日，還是現代以來針對太陽的各種望遠鏡和探測器，或許都意味著，從古至今，人類對太陽的興趣從來未曾褪卻過。

近日，NASA 科學任務理事會副局長托馬斯·祖布欽（Thomas Zurbuchen）宣布，“帕克太陽探測器 于今年 4 月 28 日成功穿過太陽日冕，成為人類歷史上首個‘接觸’太陽的航天器”[1]。

該探測器于 2018 年發射升空，旨在觀測太陽內部環境，并揭示太陽運行機制，從而為解決一些天文學界長期存在的難題提供佐證。

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

人類“逐日”步伐從未停息

人類離不開陽光，就像離不開空氣和水一樣。如春雨潤物無聲，太陽光照在維持地球循環運作方面發揮著至關重要的作用。

古時候，太陽一度被神話成人，《淮南子·天文訓》中記載：“日出于旸谷，浴于咸池，拂于扶桑，是謂晨明。”

到了近現代，隨著科學文明的進步，我們終于知道太陽其實只是銀河系內諸多星系中的一顆普通恒星，所謂的太陽發光也只是其內部的核聚變反應。然而，人類對太陽的好奇并未因此而得到滿足，反而愈發想要探索其隱藏在“高溫面具”下的真面目。

圖 | 日全食期間的日冕圖像（來源：NASA）

20 世紀 90 年代，美國發射“尤利西斯”（Ulysses）太陽探測器，以求近距離觀測地球兩極。在經過長達 17 年的漫長飛行旅程后，其最終于 2008 年完美結束探索使命；

2001 年，“起源”號探測器成功發射。值得一提的是，該探測器通過一種收集裝置，成功采集到太陽風粒子樣本；

2003 年，“星系演化”探測器成功升空，這是人類首次對銀河系以外的太空進行紫外線測量，為包括太陽系在內的眾多星系的演化研究提供了支持；

2018 年 8 月 12 日，此次報道中的主角帕克太陽探測器在肯尼迪航天中心發射。不同于此前的各種航天器，NASA 對其寄予厚望，認為“這將是人類探測器首次如此近距離接觸太陽，它將直接飛入太陽外層大氣層日冕所在軌道上，距離太陽表面僅 650 萬公里”。

需要注意的是，將航天器送入太陽磁化大氣層的概念，甚至比 NASA 創立時間更早。

據悉，帕克探測器是目前已知飛行速度最快的人類航天器，速度幾乎可達每小時 40 萬千米。

此外，它的名字來源于美國天文學家尤金·帕克（Eugene Parker），以表彰其在太陽風研究中作出的卓越貢獻。

探測器首次進入太陽日冕

雖然公布日期是在 12 月 14 日，但事實上，帕克探測器抵達太陽日冕處的準確時間為 4 月 28 日，并停留了 5 個小時之久。

帕克探測器的主要目標是了解太陽的工作原理，不過這卻需要其穿越太陽大氣層，并搜集太陽粒子。

日冕是太陽大氣的最外層，溫度可達 200 萬攝氏度，太陽內部的溫度卻只有 5500 攝氏度左右。如何讓航天器抵御高溫的侵蝕穿越太陽外邊界也因此成為了關鍵。

為了解決這個難題，哈佛-史密森尼天體物理中心（CfA）的研究團隊設計了一個類似杯子的探測儀器，由鎢、鈮、鉬和藍寶石等具有高熔點的材料制成，即使是穿越日冕也不會融化。

CfA 天體物理學家安東尼·凱斯（Anthony W. Case）表示，“擊中帕克太陽探測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，但我們的杯子是僅有的兩種突出且沒有保護的儀器之一。”

在凱斯看來，該太陽探測器杯本身就是一種工程壯舉。

他進一步解釋道，“在進行測量時，杯子會直接暴露在陽光下并在非常高的溫度下運行；它實際上是熾熱的，儀器的部分溫度超過 1000 攝氏度，并發出紅橙色的光。”

最終結果是，太陽探測器杯成功完成太陽粒子的收集工作，這將幫助科學家們了解帕克探測器的最新動態以及其是否安全抵達日冕。

圖 | 藝術家對接近太陽的帕克探測器的構想（來源：NASA）

通過帕克反饋回來的數據，科學家們發現一個有趣的現象，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“太陽大氣層終結和太陽風開始”的位置，由于太陽沒有固體的表面，這個位置也就成為了常規意義上的界面。

研究人員注意到，阿爾文臨界表面下方的折返點遠少于其上方的折返點。這一發現可能意味著日冕內不會形成折返。

“幾十年來，我們一直在觀察太陽及其日冕，我們知道那里正在發生有趣的物理學來加熱和加速太陽風等離子體，但我們仍然無法準確地說出這種物理學是什么。”NASA 帕克太陽探測器項目科學家努爾·拉瓦菲（Nour Raouafi）表示。

“隨著帕克太陽探測器現在飛入磁主導的日冕，我們將獲得期待已久的關于這個神秘區域內部運作的見解。”

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參考：

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

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