无论是神话传说中的夸父逐日、后羿射日，还是现代以来针对太阳的各种望远镜和探测器，或许都意味着，从古至今，人类对太阳的兴趣从来未曾褪却过。

近日，NASA科学任务理事会副局长托马斯·祖布钦（Thomas Zurbuchen）宣布，“帕克太阳探测器 于今年 4 月 28 日成功穿过太阳日冕，成为人类历史上首个‘接触’太阳的航天器”[1]。

该探测器于 2018 年发射升空，旨在观测太阳内部环境，并揭示太阳运行机制，从而为解决一些天文学界长期存在的难题提供佐证。

12 月 14 日，相关成果发表在Physical Review Letters上，该论文以《帕克太阳探测器进入磁控日冕》（Parker Solar Probe Enters the Magnetically Dominated Solar Corona）为题。第一作者是美国密歇根天体物理学研究所教授、BWX Technologies 副首席技术官贾斯汀·卡斯帕（Justin C. Kasper ）。

人类“逐日”步伐从未停息

人类离不开阳光，就像离不开空气和水一样。如春雨润物无声，太阳光照在维持地球循环运作方面发挥着至关重要的作用。

古时候，太阳一度被神话成人，《淮南子·天文训》中记载：“日出于旸谷，浴于咸池，拂于扶桑，是谓晨明。”

到了近现代，随着科学文明的进步，我们终于知道太阳其实只是银河系内诸多星系中的一颗普通恒星，所谓的太阳发光也只是其内部的核聚变反应。然而，人类对太阳的好奇并未因此而得到满足，反而愈发想要探索其隐藏在“高温面具”下的真面目。

图 | 日全食期间的日冕图像（来源：NASA）

20 世纪 90 年代，美国发射“尤利西斯”（Ulysses）太阳探测器，以求近距离观测地球两极。在经过长达 17 年的漫长飞行旅程后，其最终于 2008 年完美结束探索使命；

2001 年，“起源”号探测器成功发射。值得一提的是，该探测器通过一种收集装置，成功采集到太阳风粒子样本；

2003 年，“星系演化”探测器成功升空，这是人类首次对银河系以外的太空进行紫外线测量，为包括太阳系在内的众多星系的演化研究提供了支持；

2018 年 8 月 12 日，此次报道中的主角帕克太阳探测器在肯尼迪航天中心发射。不同于此前的各种航天器，NASA 对其寄予厚望，认为“这将是人类探测器首次如此近距离接触太阳，它将直接飞入太阳外层大气层日冕所在轨道上，距离太阳表面仅 650 万公里”。

需要注意的是，将航天器送入太阳磁化大气层的概念，甚至比 NASA 创立时间更早。

据悉，帕克探测器是目前已知飞行速度最快的人类航天器，速度几乎可达每小时 40 万千米。

此外，它的名字来源于美国天文学家尤金·帕克（Eugene Parker），以表彰其在太阳风研究中作出的卓越贡献。

探测器首次进入太阳日冕

虽然公布日期是在 12 月 14 日，但事实上，帕克探测器抵达太阳日冕处的准确时间为 4 月 28 日，并停留了 5 个小时之久。

帕克探测器的主要目标是了解太阳的工作原理，不过这却需要其穿越太阳大气层，并搜集太阳粒子。

日冕是太阳大气的最外层，温度可达 200 万摄氏度，太阳内部的温度却只有 5500 摄氏度左右。如何让航天器抵御高温的侵蚀穿越太阳外边界也因此成为了关键。

为了解决这个难题，哈佛-史密森尼天体物理中心（CfA）的研究团队设计了一个类似杯子的探测仪器，由钨、铌、钼和蓝宝石等具有高熔点的材料制成，即使是穿越日冕也不会融化。

CfA 天体物理学家安东尼·凯斯（Anthony W. Case）表示，“击中帕克太阳探测器的光量决定了航天器的温度。虽然探头的大部分都受到隔热罩的保护，但我们的杯子是仅有的两种突出且没有保护的仪器之一。”

在凯斯看来，该太阳探测器杯本身就是一种工程壮举。

他进一步解释道，“在进行测量时，杯子会直接暴露在阳光下并在非常高的温度下运行；它实际上是炽热的，仪器的部分温度超过 1000 摄氏度，并发出红橙色的光。”

最终结果是，太阳探测器杯成功完成太阳粒子的收集工作，这将帮助科学家们了解帕克探测器的最新动态以及其是否安全抵达日冕。

图 | 艺术家对接近太阳的帕克探测器的构想（来源：NASA）

通过帕克反馈回来的数据，科学家们发现一个有趣的现象，即阿尔文临界表面并不是光滑的，而是如同老人一般有着“皱纹”。

阿尔文临界表面位于“太阳大气层终结和太阳风开始”的位置，由于太阳没有固体的表面，这个位置也就成为了常规意义上的界面。

研究人员注意到，阿尔文临界表面下方的折返点远少于其上方的折返点。这一发现可能意味着日冕内不会形成折返。

“几十年来，我们一直在观察太阳及其日冕，我们知道那里正在发生有趣的物理学来加热和加速太阳风等离子体，但我们仍然无法准确地说出这种物理学是什么。”NASA 帕克太阳探测器项目科学家努尔·拉瓦菲（Nour Raouafi）表示。

“随着帕克太阳探测器现在飞入磁主导的日冕，我们将获得期待已久的关于这个神秘区域内部运作的见解。”

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参考：

1.J. C. Kasper et al.Physical Review Letters127，255101（2021）.

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.255101