「帕克」號關注太陽的哪些「小秘密」？

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8月12日，「帕克」太陽探測器發射升空，將在未來7年內抵達距離太陽表面約610萬千米之處，成為有史以來最靠近太陽的航天器。據美國宇航局（NASA）官方信息，「帕克」將關注三個有關太陽的基本問題，即太陽風的加速、太陽風暴現象的原理以及日冕層的高溫。

為何要了解這三個問題？已經知道了什麼？對這三個問題的探索有什麼意義？

懸而未決的理論問題

油炸冰淇淋，是太陽物理學家對太陽大氣物理狀態最喜歡用的一個比喻。他們實際上想說的是，太陽的外層比它的表面溫度還要高。

1941年，瑞典光譜學家本格特·艾德蘭解釋了此前獲得的一條日冕輻射譜線，其為鐵原子的13次電離時產生，這隻有上百萬度的高溫才會發生。從此，越來越多的證據表明，太陽大氣層從表面到外層，則從6000攝氏度逐漸加溫，日冕層已經熾熱到上千萬攝氏度。

這個現象不僅和地球的情況大相徑庭，還嚴重違反了熱力學第二定律。為什麼會這樣？多年觀測數據讓科學家們猜測，一定有額外的能量加速粒子的運動，導致了日冕的高溫。

同樣，「額外的能量」還導致另一個現象，即太陽風的加速。1958年，美國物理學家帕克通過理論模型，精確預測了日冕克服太陽引力發生膨脹的速度和磁場強度，並首次把日冕膨脹的現象命名為「太陽風」。他的預測表明，太陽風抵達太陽系行星時的速度遠比其在太陽表面的大。日後的觀測數據也表明，抵達地球軌道的太陽風速度達到每秒400至500公里。但帕克沒能解釋這一現象。

60年後的今天，「帕克」探測器將完成這一使命——為解釋日冕反常高溫和太陽風加速現象的額外能量來自哪裡提供數據。

中科院國家空間科學中心研究員劉勇告訴《中國科學報》記者：「這兩個問題是當前太陽物理理論方面尚未解決的關鍵問題，具有非常高的理論價值。」

波動還是磁重聯？

當然，科學家對額外能量的觀測和猜想從未停止。中科院國家天文台太陽活動預報團組首席研究員王華寧告訴《中國科學報》記者，目前，科學界對粒子加速的原因有「波動加熱」和「磁重聯加熱」兩種觀點。

其中，「波動加熱」認為，太陽光球附近的物質能量交換過程激發出各類等離子體波動。「等離子體波動和粒子相互作用，提升粒子運動的熱速度，實現加熱。」劉勇解釋。

1994年由歐洲航天局和NASA共同發射的SOHO衛星觀測到相關證據。「重的粒子比如氧離子加熱溫度更高，而質子沒那麼高。」劉勇表示。

「磁重聯加熱」觀點的支持者認為，額外的能量來自於磁重聯。當日冕中許多地方都發生這種小尺度的重聯，就可能把磁場的能量轉換為等離子體動能，即升高日冕溫度。

王華寧指出：「這兩種觀點陸續都有實際觀測的證據支持，但迄今為止沒有定論。」在他看來，「帕克」探測器能夠進入日冕外圍，進行實地探測，有希望解決這一謎題。

具有現實意義的太陽風暴

在科學家們看來，「帕克」探測器對太陽風暴原理的探測具有現實意義。自1859年英國天文學家卡林頓首次觀測到太陽耀斑起，這種持續時間較短、規模巨大的能量釋放現象便受到人們的高度關注。

如今，太陽風暴已被視為災害性空間天氣，世界各國都在對此進行監測、預警和研究。

王華寧介紹，利用電磁現象開展的人類活動都有可能受到太陽風暴的影響，例如太陽風暴產生的高能粒子可能會傷害衛星載荷的元器件、損害身處太空的宇航員身體健康；太陽風暴形成強烈電磁輻射可能嚴重干擾通信和導航系統；太陽風暴觸發的強烈磁暴甚至能夠導致輸電系統崩潰。

「由於對太陽風暴形成機制了解不夠深入，人類還不具備準確預測其發生的時間和強度的能力。」長期從事太陽活動預報的王華寧表示，「很期待『帕克』探測器為研究太陽風暴產生機制提供觀測證據，進而形成符合觀測事實的理論模型，為預測太陽風暴提供理論依據。」

2015年，中歐科學家聯合提出了太陽風—磁層相互作用全景成像衛星（SMILE）工程，由中科院和歐洲航天局聯合立項，旨在大傾角、大橢圓軌道上，對向陽側磁層頂、極尖區和地球極光進行全景成像，同時對地磁場和等離子體進行原位測量，以提高人類對於太陽活動與地球磁場變化的相互關係的認知。

記者獲悉，目前，該工程正在開展方案研製工作，預計2019年10月工程轉入初樣研製階段。

來源：中國科學報

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