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今年夏天人類開始了第一次接觸太陽的任務(wù)：一艘宇宙飛船將被發(fā)射到太陽的外層大氣中,。面對幾百萬華氏度的高溫，美國宇航局的帕克太陽探測器——以芝加哥大學(xué)的物理學(xué)家尤金·帕克命名,，他第一次預(yù)測了太陽風(fēng)的存在——將直接對太陽粒子和磁場進(jìn)行采樣，試圖解決當(dāng)今太陽科學(xué)領(lǐng)域面臨的一些最重要的問題,。這些問題包括：太陽風(fēng)的起源是什么,？它是如何加速到每小時180萬英里速度的？太陽風(fēng)充滿了我們整個太陽系,，當(dāng)太陽風(fēng)到達(dá)地球時可以產(chǎn)生令人眼花繚亂的極光——但也會使宇航員暴露在輻射中,，干擾衛(wèi)星電子設(shè)備，干擾GPS和無線電波等通信信號,。
博科園-科學(xué)科普：當(dāng)我們越了解驅(qū)動太陽風(fēng)的基本過程,，就越能減輕其中的一些影響,。1958年帕克提出了一種理論，表明太陽的高溫日冕(當(dāng)時已知的溫度為華氏數(shù)百萬度)是如何熱到超過太陽的重力的,。根據(jù)理論,，日冕中的物質(zhì)不斷向四面八方膨脹，形成太陽風(fēng),。一年后,，蘇聯(lián)宇宙飛船月球1號在太空中探測到了太陽風(fēng)粒子，三年后,，美國宇航局的水手2號宇宙飛船證實了這一發(fā)現(xiàn),。多年前“水手2號”探測到兩種截然不同的太陽風(fēng)流：一種是每秒大約215英里的慢流，另一種是每秒兩倍于此速度的高速流,。然后在1973年,，人們發(fā)現(xiàn)了太陽風(fēng)的起源。從美國太空實驗室拍攝的日冕x射線照片這是美國第一個載人空間站——發(fā)現(xiàn)了快速的風(fēng)從日冕洞中噴射出來,，這些洞是黑暗的,，在太陽上相對低溫的區(qū)域。 馬里蘭州格林貝爾特NASA戈達(dá)德太空飛行中心的太陽物理學(xué)家吉姆·克里姆丘克(Jim Klimchuk)說：在許多方面,，慢性子的太陽風(fēng)是一個更大謎團(tuán),，它為揭示基本的新理解提供了巨大的希望。緩慢的太陽風(fēng)的起源和加速機(jī)制仍然很神秘,，這是科學(xué)家之間長達(dá)數(shù)十年的激烈爭論,。但我們并非沒有線索。美國國家航空航天局(NASA)于1990年發(fā)射的“尤利西斯”(Ulysses)任務(wù)是在太陽的兩極附近飛行,，觀察到在太陽活動極小期,，緩慢的太陽風(fēng)被限制在太陽的赤道附近，而帕克太陽能探測器將在那里飛行,。隨著太陽周期逐漸接近最大值,，太陽風(fēng)的結(jié)構(gòu)從兩極快速而赤道緩慢的兩種截然不同的方式轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌稀⒉痪鶆虻臍饬鳌?/p>
關(guān)于慢太陽風(fēng)起源的爭論取決于封閉日冕和開放日冕之間的區(qū)別。閉合日冕是指太陽磁場線閉合的區(qū)域,，即兩端與太陽表面相連,。明亮的頭盔鏈——在磁性活躍區(qū)域形成的大圈，形狀像騎士的尖頭盔——就是一個例子。等離子體,，或電離氣體,，沿著鋼盔飾帶的閉合環(huán)路運行，在很大程度上被限制在靠近太陽的區(qū)域,。另一方面,，打開的日冕，指的是磁場線只在一端固定在太陽上的區(qū)域,，在另一端延伸到太空,，從而形成了一條通向太空的太陽物質(zhì)高速公路，日冕孔則是快速太陽風(fēng)的來源的低溫區(qū)域-,。當(dāng)緩慢的太陽風(fēng)離開太陽日冕時,，它也在開放的磁場線上流動，因為這是遠(yuǎn)離太陽的唯一途徑,。但是關(guān)于它是在那里開始的,，還是在封閉的場線上誕生的，只是在途中的某個地方變成了開放的場線,，有不同的理論,。 例如膨脹因子理論聲稱，緩慢的太陽風(fēng)起源于開放的電場線,，就像快風(fēng)一樣,。相對而言，它的速度較慢是因為它在脫離日冕過程中所走的路越來越寬,，因為磁場線繞過了頭盔飾帶的邊緣,。當(dāng)水流過管道時，當(dāng)管道膨脹時,，水就會慢慢變成涓涓細(xì)流,，而等離子沿著這些不斷擴(kuò)大的磁路流動時，也就會減慢,，形成了緩慢的風(fēng),。其他的理論認(rèn)為，緩慢的太陽風(fēng)起源于封閉的電場線,，后來轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放的電場線,。因此當(dāng)來自冠狀孔的開放場線與頭盔飾帶邊緣的閉合場線發(fā)生碰撞時，就會形成慢風(fēng),，并在一種稱為磁重聯(lián)的事件中,，爆炸性地重新布線。就像一列火車在駕駛員打開開關(guān)后改變軌道一樣,，等離子體從前在流光器的閉合場線上突然發(fā)現(xiàn)自己在一個開放場線上，在那里它可以逃到空間,。慢太陽風(fēng)等離子體曾經(jīng)在封閉的電場線上,，這一觀點得到了證據(jù)的支持,，證據(jù)表明它曾經(jīng)面臨我們所知道的那種極端加熱。
當(dāng)我們測量的時候,，不是關(guān)于等離子體的溫度，這是關(guān)于等離子體的溫度歷史,?？梢钥闯鲞^去的慢太陽風(fēng)要熱得多。此外組成慢太陽風(fēng)的特殊元素組合與在封閉日冕中看到的元素非常匹配——但與我們所知道的一直存在于開放野外的等離子體并不匹配,。目前試圖通過宇宙飛船來測試這些理論的努力受到了測量和太陽風(fēng)起源之間的巨大距離阻礙(在9300萬英里的范圍內(nèi)可以發(fā)生很多事情),。關(guān)鍵是要近距離追蹤，追蹤太陽風(fēng)的來源——帕克太陽能探測器將會做到這一點,。如果能夠測量慢太陽風(fēng),，并且發(fā)現(xiàn)它來自于開放和封閉磁場之間的邊界，那么這就支持了磁場重新連接會產(chǎn)生慢太陽風(fēng)的觀點,。 帕克太陽探測器的儀器將收集到磁重聯(lián)的下游證據(jù)——這是一個信號,，表明閉場到開場理論正在發(fā)揮作用。特定類型的重新連接以不同的方式扭曲產(chǎn)生的磁場,，帕克的儀器將在這些磁場中測量早期的扭曲,，在它們有足夠的時間被扭曲之前。此外初生的太陽風(fēng)的特寫圖像將告訴我們,，當(dāng)日冕結(jié)構(gòu)向外傳播時,，它們是如何進(jìn)化的。這將有助于我們回答一個長期存在的問題：太陽風(fēng)是連續(xù)流還是間歇流,。對于渴望得到數(shù)據(jù)來驗證其理論的科學(xué)家來說,，對太陽日冕磁場的精確測量將是無價的。這就是為什么帕克的使命如此重要,，這一切都可以追溯到對太陽詳細(xì)的磁性結(jié)構(gòu)的理解,。 博科園-科學(xué)科普｜美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心 博科園-傳遞宇宙科學(xué)之美 |
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