困擾70年謎題被解決！帕克探測器立功，曾多次進入太陽大氣層探測

太陽大氣層存在一個顛覆常識的現(xiàn)象，即太陽表面（光球?qū)樱囟燃s5500°C，而最外層日冕的溫度卻高達上百萬攝氏度以上。這種“溫度倒掛”現(xiàn)象自1942年被瑞典天文學(xué)家通過日食光譜發(fā)現(xiàn)以來，其形成原因和具體機制困擾科學(xué)家多年，現(xiàn)在終于被解決了！

上世紀(jì)50年代，美國科學(xué)家尤金·帕克提出了“磁重聯(lián)”理論，他認(rèn)為日冕的能量源于太陽磁場的劇烈活動，當(dāng)太陽大氣中的磁場結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，磁力線“斷開”再“重新連接”，這一過程中磁能會迅速轉(zhuǎn)化為熱能和粒子動能，從而引發(fā)突發(fā)、短暫、大規(guī)模的能量釋放。這一過程可加熱日冕并增強太陽風(fēng)，可形成破壞性的太陽風(fēng)暴。

雖然磁重聯(lián)理論早已獲得科學(xué)界的認(rèn)可，被認(rèn)為在太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射等劇烈爆發(fā)活動的快速能量釋放中起到了關(guān)鍵作用，是太陽風(fēng)暴的直接誘因。但受限于觀測技術(shù)，其在日冕中的具體表現(xiàn)始終成謎。

直到2018年，以尤金·帕克命名的太陽探測器的發(fā)射，徹底改變了這一局面。憑借前所未有的近距離觀測能力，帕克太陽探測器在2022年9月6日首次穿越太陽大氣中的磁重聯(lián)區(qū)域，直接捕捉到磁場線斷裂與重組的瞬間。那次歷史性飛掠中，帕克探測器穿越了一個持續(xù)約10分鐘的磁重聯(lián)區(qū)域，儀器記錄到磁場強度驟降、等離子體溫度飆升至上百萬攝氏度，以及高能粒子束的噴射。

美國科羅拉多州博爾德市西南研究院團隊分析相關(guān)數(shù)據(jù)后證實，這一過程釋放的能量足以解釋日冕的極端高溫，并為太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射提供動力。目前相關(guān)研究成果已發(fā)表在《自然?天文學(xué)》雜志上，這標(biāo)志著困擾科學(xué)界多年的磁重聯(lián)謎題差不多被解決了。

研究發(fā)現(xiàn)，磁重聯(lián)可通過納米耀斑、阿爾文波等機制加熱日冕。

磁重聯(lián)過程中產(chǎn)生的納米耀斑是規(guī)模比普通耀斑小得多的爆發(fā)事件，雖然單個納米耀斑釋放的能量較少，但其可能大量、頻繁發(fā)生，為日冕提供穩(wěn)定的能量補給，從而維持日冕的高溫。此外，磁重聯(lián)還常伴隨阿爾文波的激發(fā)與耗散，這些由磁重聯(lián)過程激發(fā)、分布在太陽表面的磁流體波，通過湍流等方式耗散，可將能量逐級傳遞，進而加熱色球?qū)蛹案叩娜彰釋印?/p>

太陽對地球生命至關(guān)重要，其活動對人類影響深遠(yuǎn)！特別是在現(xiàn)代社會，人們的生產(chǎn)、生活高度依賴電力、通信、衛(wèi)星等，而太陽劇烈活動所形成的太陽風(fēng)暴有可能影響它們的正常運行，因此很有必要對太陽活動進行深入了解，從而開發(fā)出更準(zhǔn)確的模型，對其進行精確預(yù)測。

帕克探測器的原位測量，已獲取許多關(guān)鍵數(shù)據(jù)。用這些數(shù)據(jù)所開發(fā)的模型，除了可以更精準(zhǔn)地預(yù)測太陽劇烈活動，還可以被用于理解其他恒星的活動，例如通過類比太陽風(fēng)，天文學(xué)家已能推測系外行星“超級地球”的大氣逃逸速率。

帕克探測器最近時，離太陽表面僅數(shù)百萬公里，已進入日冕層。雖然日冕物質(zhì)溫度高達上百萬攝氏度，但物質(zhì)密度和能量密度極低，只要配備足夠優(yōu)秀的熱防護和散熱系統(tǒng)，采用耐高溫、耐輻射的儀器設(shè)備，探測器就能夠在這種極端環(huán)境下正常工作。例如，該探測器配備的直徑2.4米、厚11.4厘米的碳復(fù)合泡沫隔熱罩，不僅可以高效反射太陽輻射，還可承受上千攝氏度的高溫。

而為了靠近太陽又不被其引力捕獲，帕克探測器采用了“蕩秋千”式的軌道，多次借助金星引力加速和調(diào)整軌道，這才使探測器對太陽成功實施20多次近距離飛掠。在近距離飛掠太陽時，其速度曾一度高達192公里每秒，這是迄今人造物體所達到的最快速度。

盡管帕克探測器已取得里程碑式成果，但其科學(xué)使命遠(yuǎn)未結(jié)束。在推進劑耗盡前，探測器將繼續(xù)圍繞太陽運行，重點觀測太陽新一輪活動高峰期，捕捉更多太陽活動的細(xì)節(jié)。