NASA发射人类首颗太阳探测器，将破解三大谜团
飞向太阳的帕克太阳探测器。（来源：NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben） 北京时间8月12日15时31分，在美国佛罗里达的肯尼迪航天中心，帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）搭载于三角洲4号重型火箭发射升空，踏上它史无前例的、与太阳亲密接触的旅程。飞船将穿过太阳的外层大气，在日冕层收集粒子并进行测量。这次逐日之旅，将为我们揭开太阳的多层谜团。 帕克太阳探测器发射现场图（来源：NASA） 飞入日冕层 帕克太阳探测器以现代太阳风和磁重联理论的奠基人、美国科学院院士——尤金·纽曼·帕克(Eugene Newman Parker)的名字命名。“太阳仅仅是宇宙中的初级谜题。”现年91岁的帕克说。因为太阳是一颗我们可以近距离研究的恒星，而了解太阳能够帮助我们了解更加遥远的恒星。 纽曼·帕克 发射升空后，它将七次利用金星的引力助推（以及火箭特殊上级结构的加速），成为有史以来飞行速度最快的飞行器。经过6年多的孤独旅程，2024年12月，它将以每小时69万千米的最高速度接近太阳，这样的速度足以让你在20秒内从纽约飞到洛杉矶。 随后，探测器将在大约8年内完成24次绕太阳轨道的飞行，届时与太阳表面的距离将仅有610万千米，比历史上任何其他太阳探测器所达到过的距离近至少7倍。由于日冕边界的范围可从太阳表面延伸到15到20个太阳半径（约1030万到1380万千米）之间，帕克太阳探测器也将成为首个进入日冕层的飞行器。 探测器接近太阳示意图。（来源：NASA/JPL/WISPR Team） 从这个有利位置，探测器将使用它的四套仪器来分析太阳粒子、等离子体以及日冕内部的电场和磁场。此次任务，将为我们回答困扰了天体物理学家几十年的三个问题。 破解三大难题 首先，是什么机制导致了日冕如此炽热？太阳是一个炽热的谜团：热量产生于太阳的核心处并向外辐射，然而太阳的外部大气层却比表面要热300倍。其表面光球层的温度不到6000摄氏度，然而日冕温度可达数百万摄氏度。这似乎打破了热力学定律——离火炉越远，温度按理说应该越低。但在日冕处，情况却不一样。 科学家们猜想，这个问题的答案与太阳磁场有关。美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家由尼古拉·维奥尔（Nicholeen Viall）说，磁场线能够在光球层（我们认为的太阳表面）储存和激发能量，并将其释放到恒星的大气中。但是，这种能量释放是如何以及何时发生的仍然是个谜。“如果我们能解决这个问题，”她说，“就解决了一个宇宙通用的基本物理问题。” 等候发射的帕克太阳探测器。（来源：NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman） 探测器的第二个任务是研究太阳风——太阳向太空喷射的大量带电粒子。这种喷射物能覆盖整个太阳系，让所有行星、卫星、小行星和彗星都沐浴在辐射中。探测器将直接穿越太阳风产生的位置，揭秘太阳风产生的神秘过程。帕克于1958年首次提出的太阳风，至今仍然以其违反直觉的行为令科学家们困惑不已。太阳风并没有随着与太阳的距离增大而逐渐减弱，实际上，它既能加速，又能从微风习习的状态转变成从日冕喷涌而出的、时速数百万千米的超音速湍流。 （来源：NASA） 令人困惑的太阳风和神秘的日冕是相互联系的，维奥尔说：“如果没有炽热的日冕，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或将彻底改变太阳物理学研究领域。关于日冕额外热量来源的争论已经持续了几十年。但科学家达成了一个共识：日冕可能诞生于光球层下面的对流区。太阳的等离子体可以在流经磁场线时产生电流，从而产生更多磁场。这些磁场线有时会缠在一起并最终断裂，大量能量就以太阳耀斑的形式释放到周围的等离子体中。再加上太阳表面发生的一连串小型爆炸（被称为纳米耀斑，每一次的威力都相当于五千万吨氢弹），或许可以解释日冕的高温。 探测器的第三项任务，是研究一种被称为空间天气（space weather）的恼人现象。从地球上看，太阳就像一个平静的发光球体，但实际上它就像一个调皮的孩子，不停地发脾气。在这些狂怒的时候，我们的恒星偶尔会“打嗝”，向太空中爆发出辐射和等离子体。这些最极端的“打嗝”现象，被称为日冕物质抛射（CMEs），能够破坏电网和通信卫星等重要系统，还会用有害剂量的辐射袭击太空中的宇航员。虽然大部分时候，地球磁场都能保护我们免受太阳暴怒的影响，但这种保护作用有时也会不堪重负。 探测器的测量结果将向我们展示太阳中日冕物质抛射的诞生地点，这可能有助于我们更准确地预测潜在的危险空间天气事件。约翰斯·霍普金斯大学的帕克探测项目科学家尼基·福克斯（Nicky Fox）说：“我们将能够把我们所观测到的太阳上发生的事情转换成我们在地球上看到和体验的事情。” 整流罩内的探测器。（来源：NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman） 在探索太阳灼热和辐射的全部力量时，帕克太阳探测器将帮助我们了解我们的主星，进而了解整个宇宙中的其他恒星。 “太阳探测器正在进入一个以前从未被探索过的空间区域”，帕克说，“我们终于能去看看了，这太令人兴奋了。” 撰文：Amy Thompson 编译：施怿 审校：吴非 原文链接： https://www.scientificamerican.com/article/mission-to-the-nearest-star-fastest-spacecraft-ever-will-dare-to-sample-the-suns-corona/ 参考链接： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/nasa-s-parker-solar-probe-is-about-to-lift-off https://www.space.com/41438-parker-solar-probe-ready-to-launch.html
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