历史上第一次，一艘宇宙飞船”触摸”了太阳

在一次令人难以置信的历史性第一次中，一艘人造航天器俯冲而来并与太阳接触。

艺术家对帕克进入太阳日冕的印象。（美国宇航局戈达德太空飞行中心/Joy Ng）

2021年4月28日，美国宇航局的帕克太阳探测器实际上飞入并穿过太阳的高层大气日冕。它不仅现场讲述了这个故事 – 证明了帕克高科技隔热层的功效 – 它还进行了现场测量，为我们提供了大量关于太阳系心脏的前所未有的数据。

“帕克太阳探测器’触摸太阳’是太阳科学的一个纪念性时刻，也是一项真正了不起的壮举，”美国宇航局总部科学任务理事会副局长天体物理学家Thomas Zurbuchen说。

“这个里程碑不仅为我们提供了对太阳演化及其对太阳系影响的更深入的见解，而且我们对自己恒星的了解也教会了我们更多关于宇宙其余部分恒星的信息。

派克太阳探测器于2018年发射，其主要目标是探测太阳日冕。在其计划的七年任务中，它应该总共26次接近太阳或近日点，使用来自金星的总共七次重力辅助机动，使其越来越近。四月近日点是第八个，也是第一个真正进入日冕的近日点。

在太阳大气层内近五个小时的时间里，帕克测量了太阳磁场的波动，并对粒子进行了采样。以前，我们对这些属性的估计依赖于外部信息。

“飞得离太阳如此之近，帕克太阳探测器现在感知到太阳大气中以磁性为主的层 – 日冕 – 的条件 – 这是我们以前从未有过的，”约翰霍普金斯应用物理实验室的帕克项目科学家天体物理学家Nour Raouafi说。

“我们在磁场数据，太阳风数据和图像中的视觉上看到了日冕的证据。我们实际上可以看到航天器穿过日全食期间可以观察到的日冕结构。

（美国宇航局/约翰霍普金斯APL/海军研究实验室）

上图：这张照片中可见的明亮特征是日冕彩带，通常只在日食期间从地球上看到。这些是由帕克探测器在今年八月的第九个近日点拍摄的。

太阳没有固体表面。相反，它的边界是由我们所说的Alfvén临界表面定义的，其中引力和太阳磁场太弱而无法容纳太阳等离子体。

高于这一点，太阳风出现，强力吹过太阳系，如此之快，以至于风中的波浪远离太阳。我们所说的太阳的”表面”，由汹涌的对流细胞等离子体组成，被称为光球，远远低于这个水平。

帕克的目标之一是更多地了解阿尔文临界表面。也就是说，它在哪里，它的地形是什么样的，因为我们不知道这两件事。据估计，阿尔文临界表面距离太阳中心10到20个太阳半径，帕克以19.7个太阳半径进入日冕，在日冕短途旅行期间下降到18.4个太阳半径。

有趣的是，探测器似乎偶尔会遇到日冕的磁性条件，这表明Alfvén临界表面有皱纹。在较低的深度，帕克遇到了一种称为伪流出物的磁性结构，我们可以在日食期间看到它从太阳发出电弧。帕克的数据表明，这些结构是造成阿尔文临界表面变形的原因，尽管我们目前还不知道为什么。

在伪流出物内部，条件比周围的太阳大气层更安静。粒子不再如此混乱地撞击航天器，磁场更加有序。

帕克还研究了一种称为太阳能回转的现象。这些是太阳风磁场中的Z形扭结，目前尚不清楚它们在哪里或如何形成。自1990年代以来，我们已经知道了回转，但直到帕克在2019年调查它们，我们才知道它们相当普遍。然后在第六次飞越时，探测器的数据显示，从补丁中发生了回转。

现在帕克已经在太阳大气层中检测到它们，这表明至少有一些回转来自较低的日冕。

“具有回转的区域的结构与日冕底部的小型磁性漏斗结构相匹配，”加州大学伯克利分校的天文学家Stuart Bale说，他是《天体物理学杂志》上一篇关于这种现象的论文的主要作者。”这是我们对一些理论的期望，这确定了太阳风本身的来源。

我们仍然不知道这些奇怪的结构是如何形成的，但是随着数十个近日点的出现，从太阳中心接近9.86个太阳半径，我们可能会得到一些非常有趣的答案。

“几十年来，我们一直在观察太阳及其日冕，我们知道那里有有趣的物理学来加热和加速太阳风等离子体。尽管如此，我们仍然无法准确地说出物理学是什么，”Raouafi说。

“随着帕克太阳探测器现在飞入以磁性为主的日冕，我们将获得期待已久的对这个神秘区域内部运作的见解。

该研究已发表在《物理评论快报》上。

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