無論是神話傳說中的夸父逐日,、后羿射日,還是現(xiàn)代以來針對太陽的各種望遠(yuǎn)鏡和探測器,,或許都意味著,,從古至今,,人類對太陽的興趣從來未曾褪卻過,。
近日,NASA 科學(xué)任務(wù)理事會副局長托馬斯·祖布?xì)J(Thomas Zurbuchen)宣布,,“帕克太陽探測器 于今年 4 月 28 日成功穿過太陽日冕,,成為人類歷史上首個‘接觸’太陽的航天器”[1],。
該探測器于 2018 年發(fā)射升空,,旨在觀測太陽內(nèi)部環(huán)境,并揭示太陽運(yùn)行機(jī)制,,從而為解決一些天文學(xué)界長期存在的難題提供佐證。
12 月 14 日,,相關(guān)成果發(fā)表在Physical Review Letters上,,該論文以《帕克太陽探測器進(jìn)入磁控日冕》(Parker Solar Probe Enters the Magnetically Dominated Solar Corona)為題,。第一作者是美國密歇根天體物理學(xué)研究所教授,、BWX Technologies 副首席技術(shù)官賈斯汀·卡斯帕(Justin C. Kasper )。
人類“逐日”步伐從未停息
人類離不開陽光,就像離不開空氣和水一樣,。如春雨潤物無聲,太陽光照在維持地球循環(huán)運(yùn)作方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,。
古時(shí)候,,太陽一度被神話成人,,《淮南子·天文訓(xùn)》中記載:“日出于旸谷,,浴于咸池,,拂于扶桑,是謂晨明,?!?/p>
到了近現(xiàn)代,隨著科學(xué)文明的進(jìn)步,,我們終于知道太陽其實(shí)只是銀河系內(nèi)諸多星系中的一顆普通恒星,所謂的太陽發(fā)光也只是其內(nèi)部的核聚變反應(yīng),。然而,人類對太陽的好奇并未因此而得到滿足,,反而愈發(fā)想要探索其隱藏在“高溫面具”下的真面目。
圖 | 日全食期間的日冕圖像(來源:NASA)
20 世紀(jì) 90 年代,,美國發(fā)射“尤利西斯”(Ulysses)太陽探測器,以求近距離觀測地球兩極,。在經(jīng)過長達(dá) 17 年的漫長飛行旅程后,,其最終于 2008 年完美結(jié)束探索使命;
2001 年,,“起源”號探測器成功發(fā)射,。值得一提的是,,該探測器通過一種收集裝置,,成功采集到太陽風(fēng)粒子樣本,;
2003 年,“星系演化”探測器成功升空,,這是人類首次對銀河系以外的太空進(jìn)行紫外線測量,,為包括太陽系在內(nèi)的眾多星系的演化研究提供了支持;
2018 年 8 月 12 日,,此次報(bào)道中的主角帕克太陽探測器在肯尼迪航天中心發(fā)射,。不同于此前的各種航天器,NASA 對其寄予厚望,,認(rèn)為“這將是人類探測器首次如此近距離接觸太陽,,它將直接飛入太陽外層大氣層日冕所在軌道上,距離太陽表面僅 650 萬公里”,。
需要注意的是,,將航天器送入太陽磁化大氣層的概念,甚至比 NASA 創(chuàng)立時(shí)間更早,。
據(jù)悉,,帕克探測器是目前已知飛行速度最快的人類航天器,速度幾乎可達(dá)每小時(shí) 40 萬千米,。
此外,,它的名字來源于美國天文學(xué)家尤金·帕克(Eugene Parker),,以表彰其在太陽風(fēng)研究中作出的卓越貢獻(xiàn)。
探測器首次進(jìn)入太陽日冕
雖然公布日期是在 12 月 14 日,但事實(shí)上,,帕克探測器抵達(dá)太陽日冕處的準(zhǔn)確時(shí)間為 4 月 28 日,,并停留了 5 個小時(shí)之久,。
帕克探測器的主要目標(biāo)是了解太陽的工作原理,,不過這卻需要其穿越太陽大氣層,,并搜集太陽粒子。
日冕是太陽大氣的最外層,,溫度可達(dá) 200 萬攝氏度,,太陽內(nèi)部的溫度卻只有 5500 攝氏度左右,。如何讓航天器抵御高溫的侵蝕穿越太陽外邊界也因此成為了關(guān)鍵。
為了解決這個難題,,哈佛-史密森尼天體物理中心(CfA)的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個類似杯子的探測儀器,,由鎢、鈮,、鉬和藍(lán)寶石等具有高熔點(diǎn)的材料制成,,即使是穿越日冕也不會融化。
CfA 天體物理學(xué)家安東尼·凱斯(Anthony W. Case)表示,,“擊中帕克太陽探測器的光量決定了航天器的溫度,。雖然探頭的大部分都受到隔熱罩的保護(hù),,但我們的杯子是僅有的兩種突出且沒有保護(hù)的儀器之一,。”
在凱斯看來,,該太陽探測器杯本身就是一種工程壯舉,。
他進(jìn)一步解釋道,,“在進(jìn)行測量時(shí),杯子會直接暴露在陽光下并在非常高的溫度下運(yùn)行,;它實(shí)際上是熾熱的,,儀器的部分溫度超過 1000 攝氏度,,并發(fā)出紅橙色的光?!?/p>
最終結(jié)果是,,太陽探測器杯成功完成太陽粒子的收集工作,,這將幫助科學(xué)家們了解帕克探測器的最新動態(tài)以及其是否安全抵達(dá)日冕,。
圖 | 藝術(shù)家對接近太陽的帕克探測器的構(gòu)想(來源:NASA)
通過帕克反饋回來的數(shù)據(jù),,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象,,即阿爾文臨界表面并不是光滑的,,而是如同老人一般有著“皺紋”,。
阿爾文臨界表面位于“太陽大氣層終結(jié)和太陽風(fēng)開始”的位置,,由于太陽沒有固體的表面,這個位置也就成為了常規(guī)意義上的界面,。
研究人員注意到,阿爾文臨界表面下方的折返點(diǎn)遠(yuǎn)少于其上方的折返點(diǎn),。這一發(fā)現(xiàn)可能意味著日冕內(nèi)不會形成折返。
“幾十年來,,我們一直在觀察太陽及其日冕,,我們知道那里正在發(fā)生有趣的物理學(xué)來加熱和加速太陽風(fēng)等離子體,,但我們?nèi)匀粺o法準(zhǔn)確地說出這種物理學(xué)是什么,。”NASA 帕克太陽探測器項(xiàng)目科學(xué)家努爾·拉瓦菲(Nour Raouafi)表示,。
“隨著帕克太陽探測器現(xiàn)在飛入磁主導(dǎo)的日冕,,我們將獲得期待已久的關(guān)于這個神秘區(qū)域內(nèi)部運(yùn)作的見解?!?/p>
-End-
參考:
1.J.?C. Kasper et al.Physical Review Letters127,,255101(2021).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.255101