去年夏天，北美各地的人们都被大自然最壮观的现象之一所吸引：日全食。有些人旅行数千英里，只为见证太阳光被遮蔽的瞬间。当月球从我们的恒星前方经过时，我们可以瞥见罕见的景象：太阳的外层大气。
被称为日冕的这种环绕我们恒星的闪烁薄雾是美国宇航局下一个太空任务的目标。在8月11日黎明前的几个小时，帕克太阳探测器将首次踏上前往接触太阳的旅程。该航天器将飞越我们恒星的外层大气，收集粒子并进行测量，科学家们希望这些测量能够解开太阳日冕如何变得如此之热的谜团。
帕克太阳探测器将搭载德尔塔 4-重型火箭从地球升空，并在金星的七次引力助推（以及火箭特殊上面级的助推）下，成为有史以来飞行速度最快的航天器，在2024年12月最接近太阳时，最高速度将达到每小时 43 万英里。这个速度足够在 20 秒内往返纽约和洛杉矶。作为精心编排的轨道芭蕾的一部分，探测器将在大约八年的时间里完成围绕我们恒星的 24 次轨道运行，最接近太阳表面仅 380 万英里，比历史上任何其他航天器近七倍，并且完全在日冕边界内，日冕边界从太阳表面向外延伸约 15 到 20 个太阳半径（或约 640 万到 860 万英里）。从这个有利位置，探测器将使用其四套仪器套件来分析日冕内的太阳粒子和等离子体以及电场和磁场。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
我们的主恒星是一个炽热的谜团：热量在太阳的核心产生并向外辐射，但太阳的外层大气却比其表面热近 300 倍。这个事实似乎打破了热力学的基本定律——你离壁炉越远，你就越冷，对吧？但在日冕中并非如此。“太阳是宇宙中的首要难题，”芝加哥大学荣誉退休教授、航天器同名人物天体物理学家尤金·帕克说。因为它是我们能够近距离研究的唯一恒星，所以了解它有助于我们更好地了解所有恒星。
该任务旨在回答几十年来一直困扰天体物理学家的三个问题：第一个问题是导致日冕高温的机制是什么。科学家怀疑答案与太阳的磁场有关。美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家妮可琳·维亚尔说，磁场线在光球层（我们认为是太阳表面）中储存和搅动能量，并将其释放到恒星的大气层中。但这种释放是如何以及何时发生的仍然是一个谜。“如果我们能弄清楚这一点，”她说，“那将是我们解决的关于宇宙的非常基本的物理问题。”
探测器的下一个任务是研究科学家称之为太阳风的现象——太阳喷射到太空中的大量带电粒子。这种外流穿过太阳系，辐射沐浴着每一颗行星、卫星、小行星和彗星。该航天器将直接飞越该区域，揭示产生太阳风的神秘过程。太阳风最早由帕克在 1958 年提出，但其违反直觉的行为仍然让科学家感到困惑：太阳风并没有随着距离太阳越来越远而逐渐消失，反而加速，并以某种方式从稳定的微风转变为以数百万英里时速远离日冕的超音速外流。
维亚尔说，太阳风的难题和日冕的奥秘是相互关联的。“如果你首先没有一个热日冕，你就不会有太阳风。”帕克探测器对日冕和太阳风的近距离观测有望彻底改变太阳物理学领域——太阳的物理学。关于这种额外热量的来源的争论已经持续了几十年。但专家们在一个问题上达成一致：它可能始于光球层下方的对流区。当太阳等离子体流过磁场线时，它可以产生电流，而电流反过来又产生更多的磁场。这些磁场线有时会缠结在一起并最终断裂，以太阳耀斑的形式将大量能量释放到周围的等离子体中。再加上太阳表面大量较小的爆炸（称为纳米耀斑，每个纳米耀斑的威力都相当于 50 兆吨氢弹），它们可能解释了日冕的高温。
最后，探测器将调查一种名为空间天气的棘手现象。从地球上看，太阳看起来像一个宁静的发光球体，但实际上它像一个撅着嘴的孩子，不断地发脾气。在这些愤怒爆发期间，我们的恒星偶尔会向太空喷射出辐射爆发和等离子体团。其中最极端的喷发，称为日冕物质抛射 (CME)，可能会损坏电力网和通信卫星等重要系统，并且还可能用有害剂量的辐射照射太空中的宇航员。尽管我们地球的磁场保护我们免受太阳的大部分狂暴侵害，但其保护作用有时可能会不堪重负。探测器的测量结果将向我们展示 CME 在太阳中的诞生地点，从而有可能改进对潜在危险空间天气事件的预测。约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的帕克探测器项目科学家尼基·福克斯说：“我们将看到太阳上发生的事情如何转变为我们在这里在地球上看到和体验到的事情。”
通过探索太阳灼热的热量和辐射的全部威力，该航天器将帮助我们了解我们自己的恒星宿主以及整个宇宙中的其他恒星。“太阳探测器将前往一个以前从未被探索过的太空区域，”帕克说。“我们最终能够看到它，这非常令人兴奋。”