美国国家航空航天局（NASA）的探测器已进入太阳系中先前未被探索的区域——太阳的外层大气或日冕。这一期待已久的里程碑发生在四月份，但在 12 月 14 日宣布，对于帕克太阳探测器来说是一项重大成就，该探测器比历史上任何任务都更接近太阳。
“我们终于到达了，”位于华盛顿特区 NASA 总部的该机构太阳物理部门主任尼古拉·福克斯说。“人类已经触摸到了太阳。”
她和其他团队成员在本周于路易斯安那州新奥尔良举行的美国地球物理联合会会议的新闻发布会上发言。描述这些发现的论文发表在《物理评论快报》上。
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在许多方面，帕克太阳探测器与 NASA 的双胞胎旅行者号探测器形成对比。2012 年，旅行者 1 号飞离太阳如此之远，以至于它成为第一个离开太阳风主导的空间区域的任务——太阳风是来自太阳的高能粒子流。相比之下，帕克探测器正飞得越来越靠近太阳系的心脏，迎头冲向太阳风并进入我们恒星的大气层。凭借这个新的前排座位，科学家们可以探索一些关于太阳的最大未解之谜，例如太阳如何产生太阳风，以及它的日冕如何被加热到比太阳表面温度更高的极端温度。
“这是一个巨大的里程碑，”科罗拉多州博尔德市西南研究所的太阳物理学家克雷格·德福雷斯特说，他没有参与这项任务。飞入太阳日冕代表着“最后的伟大未知数之一”，他说。
进入未知领域
帕克探测器于今年 4 月 28 日上午 9:33 世界标准时间穿越进入太阳大气层。任务科学家花了几个月的时间下载和分析其收集的数据，并确定该探测器确实已穿过备受期待的边界，即阿尔文表面。
该表面标志着太阳大气层与太阳风主导的外部空间区域之间的界面。瑞典物理学家汉内斯·阿尔文在 1942 年发表在《自然》杂志上的一篇论文中提出了该边界背后的基本理论，此后科学家们一直在寻找它。
但花费 15 亿美元的帕克太阳探测器最终到达了那里。自 2018 年发射以来，它一直在绕太阳运行，并在每次飞掠中越来越接近太阳表面。碳复合材料隔热罩保护其仪器免受最终将飙升至 1,370 °C 的高温。
当探测器距离太阳表面约 1400 万公里，或略低于 20 个太阳半径时，它穿过了阿尔文边界。任务的项目科学家努尔·拉瓦菲说，这大约是团队成员期望找到界面的位置，他来自马里兰州劳雷尔市的约翰·霍普金斯大学应用物理实验室。
一些研究人员曾推测该边界会相当“模糊”，但实际上它有点清晰且皱褶。探测器进入日冕将近五个小时，然后又退了出去，并且可能还短暂地进入了两次。在日冕内部，太阳风速度和等离子体密度下降，表明边界确实已被穿越。“我们正在学习以前无法获得的新事物，”拉瓦菲说。
流光和折返
当帕克探测器穿过阿尔文表面时，它飞过了一股带电物质的“伪流光”，其内部环境比外部汹涌的环境平静。在日冕内部时，探测器还研究了太阳风磁场中不寻常的扭结，称为折返。科学家们之前就知道折返，但帕克太阳探测器的数据使他们能够追溯它们的来源，一直到太阳表面。
了解这些特征如何在太阳上形成，以及它们如何影响太阳风和其他带电粒子爆发，将有助于地球上的人们更好地为破坏性空间天气做好准备，例如太阳风暴摧毁卫星通信时。NASA 总部的太阳物理学家凯莉·科雷克说，这些发现还将帮助研究人员更好地了解驱动太阳以外恒星的力量。
帕克太阳探测器最终目标是对太阳进行 24 次近距离飞掠。它在第八次飞掠中穿过了阿尔文表面，并且可能在 2021 年 11 月的第九次飞掠中再次穿过——该机动的数据尚未完全下载和分析。该任务的最近距离接近计划于 2025 年进行，距离太阳表面仅 620 万公里，远在水星轨道之内。在帕克探测器上工作的太阳物理学家、华盛顿特区 BWX Technologies 的副首席技术官贾斯汀·卡斯珀说，每次访问都将继续揭示关于日冕内部过程的新信息。
“如此接近太阳使我们能够建立真正有趣和新的联系，这是我们从远处无法做到的，”他说。
本文经许可转载，最初于 2021 年 12 月 14 日首次发表。