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。
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。
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。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。
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。
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。