有史以来离太阳最近且速度最快的飞行器——帕克太阳探测器

赋明通

自帕克太阳探测器（PSP）成功发射以来，距离它成为有史以来离一颗恒星最近的探测器也不过近1年而已。2019年，科学家们开始收集这些近距离采集到的数据。参加了在华盛顿特区举行的美国地球科学协会的四位研究者分享了他们希望能从这次太阳探测任务中学到什么。他们期望来自帕克太阳探测器的数据能帮助他们解决让人困惑了数十年的有关太阳、日冕和太阳风的问题。

研究太阳的科学家们对此期待已久，这些等待是值得的。

“60多年来，太阳物理学家一直在等待这样的任务成为可能。让我们困惑已久的太阳之谜，答案可能就在日冕中。”——美国国家航天局总部太阳物理学部门的主任尼古拉·福克斯这样说道。

帕克太阳探测器（PSP）与太阳的近距离接触是令人激动的一个阶段。2018年10月31日到11月11日期间，帕克太阳探测器成功完成了接近太阳的第一个阶段，它加速通过了太阳外部的大气层——日冕——并使用四套尖端仪器收集了前所未有的数据。帕克太阳探测器会环绕太阳公转24次，在这个过程中将会完成24次飞掠太阳。在任务期间，探测器将借助七次金星的引力弹弓效应慢慢接近太阳，逐渐缩短其环绕太阳的轨道。

每当探测器在飞掠阶段处在位于太阳的0.25 天文单位以内时（天文单位是天文学中计量天体之间距离的一种单位。以A.U.表示，其数值取地球和太阳之间的平均距离），科学仪器将会收集数据。在此期间，探测器将暴露于极端高温和辐射条件下，并且无法通信。只有在飞掠阶段结束的时候，它才可以将数据发送回地球，以供物理学家研究。

“帕克太阳探测器为我们提供了必要的测量数据，帮助我们理解困扰了我们几十年的太阳现象。”- 负责帕克太阳探测器项目的科学家劳阿非（Nour Raouafi）说，JHU/APL。

第一次飞掠太阳阶段已经完成，尽管这次任务还有很多工作需要完成，项目的负责人在于华盛顿举行的美国地球科学协会上分享了他们希望能从这次任务中学到的一些知识。

派克太阳探测器的WISPR（太阳探测器的广域成像仪）仪器于2018年11月8日捕获了这张太阳能冕流（Coronal streamer）的图像。太阳能冕流是太阳大气中日冕的太阳物质结构，通常覆盖日冕区域太阳活动。太阳能冕流的精细结构非常清晰，至少可以看见两条光线。靠近图像中心的亮对象是水星，暗点是背景校正的结果。

来自：美国国家航天局 / 海军研究实验室 / 帕克太阳探测器

当帕克太阳探测器任务被设计出来的时候，科学家们想要解决关于太阳物理学的三个重要问题:

太阳的外部大气，日冕，是如何将其温度加热至比其下方可见表面高300倍？

太阳风如何如此迅速地加速到我们所观察到的高速？

太阳中最活跃的一些粒子如何以超过光速一半的速度从太阳上飞离？

“ 帕克太阳探测器正在为我们提供，了解数十年来困扰我们的太阳现象所必不可少的测量结果，”位于马里兰州劳雷尔约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的帕克太阳探测器项目科学家劳阿非（Nour Raouafi）这样说道，“想要把所有线索连接起来，需要对日冕和年轻的太阳风进行本地采样，而帕克太阳探测器正是这样做的。”

帕克太阳探测器是有史以来离太阳最近的飞行器，所以科学家们对其所能采集到的数据并没有准确的估计。他们知道自己希望从中得到什么，但又并不确定所得的数据与其是否有关。

“在拿到具体的数据之前，我们并不知道探测器到底离太阳有多近，我们可能会发现一些前所未有的现象，”劳阿非说道，“帕克太阳探测项目的任务即是探索——拥有全新发现的潜在可能性是巨大的。”

来自帕克太阳探测器的报告表明，第一科学阶段捕获了质量数据。这部分是由于金星飞过的缘故，当时探测器能够对金星进行一些测量，以验证仪器是否正常工作。来自科学第一阶段的一些数据已经被下载，但是太阳物理学家还需要等待才能得到所有的数据。由于任务带来的诸多挑战，来自这次相遇的一些科学数据直到2019年4月第二次与太阳相遇后才会向地面传输。

帕克太阳探测器并不是研究太阳的唯一航天器。其他航天器包括SOHO(太阳日球层观测站)、SDO(太阳动力学观测站)和STEREO-A(日地关系观测台前导卫星)。但它们都还没有像帕克太阳探测器那样接近太阳，尽管它们本身也在从事重要的科学研究。

“帕克太阳探测器正在向一个我们从未见过的地方前进，”泰瑞·库切拉，一位来自位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的太阳物理学家说，“与其同时，我们能够观察到，太阳的日冕正在给探测器制造一个及其复杂的环境。

每一个研究太阳的飞行器都提供了不同的背景和视角，让我们能看到不同的东西。帕克太阳探测器将在0.25天文单位以内飞行，而日地关系观测卫星将在1天文单位左右绕太阳公转。太阳动力学观测站位于地球同步轨道上，太阳日球层观测站位于太阳-地球拉格朗日1点周围的晕圈轨道上。

库切拉说:“日地关系观测卫星的任务就是从不同的位置观察日球圈，帕克太阳探测任务是其中的一部分，使得我们能以从未有过的角度进行测量。”

帕克太阳能探测器将建立或打破我们的现有模型

科学是渐进的，帕克太阳探测器项目的科学家们指出，即使我们不能直接得到问题的答案，对太阳运行模式的逐渐改进是帕克太阳探测器工作的一部分。

模型是检验有关太阳地基本物理理论的好方法。通过创建一个依赖于某种机制来解释日冕加热的模拟模型——例如，一种叫做阿尔芬波的等离子波——科学家们可以将模型的预测与帕克太阳探测器的实际数据进行对比，看看它们是否一致。如果结果一致，那就意味着理论是符合实际情况的。如果结果不一致，那就得从头再来。

图解：通过模型，可以将帕克太阳探测器测量到的数据与来自太阳的源数据连接起来。

赖利说:“我们已经成功地预测了日全食期间日冕的结构。帕克太阳能探测器将提供前所未有的数据，这将进一步限制模型和嵌入其中的理论。”

帕克太阳探测器破纪录的速度对它的工作至关重要。

当我们从地球上看到太阳时，它大约每27天旋转一次，而驱动其大部分活动的太阳结构也随之移动。这给科学家们带来了一个问题，因为他们不能确定他们所看到的变化是由产生活动的区域的实际变化所驱动的时间变化，还是仅是从一个新的来源区域接收到的太阳物质引起的空间变化。帕克太阳探测器的速度意味着它可以解决这个问题。

在某些时刻，帕克太阳探测器的速度快到几乎与太阳的转速完全一致，这意味着帕克在太阳的一个区域上空“盘旋”了很短的时间。科学家可以肯定，这一时期数据的变化是由太阳的实际变化，而不是太阳的自转引起的。

帕克太阳探测器是NASA“与星同住”（LWS）计划的一部分，该计划旨在探索太阳-地球系统中直接影响生命和社会的各个方面。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. universetoday- Dotcalm

如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处