美歐兩探測器將近距離揭秘日冕、太陽風和太陽磁場

夸父追日；后羿射日；伊卡洛斯用蠟做成翅膀飛向太陽，結果因飛得過高，蠟被太陽融化而跌落水中喪生……這些故事至今仍在人們耳邊流傳。太陽為地球上的生命提供能量，在人類生命中扮演重要角色，但太陽風和帶電粒子也會引發某些太空天氣事件，干擾無線電通信、電網等。這些事件為何以及如何發生？對地球產生何種影響？迄今還未被人類完全理解。

隨著科技不斷發展，人類現在終於可以與太陽「親密接觸」。即將於今年夏季發射的美國國家航空航天局（NASA）「帕克」太陽探測器和將於2020年升空的歐洲空間局（ESA）太陽軌道器，儘管技術上存在差異，但殊途同歸，都將為我們提供有史以來最好的機會，揭示太陽風等活動的複雜性，了解太陽的工作原理以及對太空環境的影響等。

為何日冕比太陽表面熱很多

據NASA官網近日消息，這兩款探測器都將研究太陽的外部大氣層——日冕。日冕的大部分行為都無法預測，科學家對其知之甚少。目前有兩大疑問尚待解開：日冕的溫度為什麼比太陽表面的溫度高很多？太陽風為何持續不斷地以極高的速度噴涌而出？

我們可以看到遠處的日冕，甚至可以測量太陽風穿越地球時的情況，但直到最近才擁有可以承受太陽附近熱量和輻射的技術，得以與太陽「親密接觸」，近距離研究日冕。

NASA戈達德太空中心「帕克」太陽探測器任務研究科學家埃里克·克里斯汀說：「這兩個探測器使用的技術有所不同，但任務互補：它們將給日冕拍照，並研究太陽兩極的情況。」

「帕克」將以前所未有的距離靠近太陽——距離太陽表面約600萬公里。目前，距離太陽最近的探測器紀錄由上世紀70年代發射的「太陽神2號」（Helios B）探測器保持，距太陽約4343萬公里。

在與太陽「親密接觸」時，「帕克」將用它的4套科學儀器給太陽風拍照，並研究太陽的磁場、等離子體和高能粒子，揭示太陽外層大氣的真實結構，幫助我們理解為什麼日冕的溫度比太陽表面高很多——日冕的溫度可以飆升至幾百萬華氏度；而太陽表面之下，即光球層的溫度僅徘徊在1萬華氏度左右。

而太陽軌道器將在距太陽約4200萬公里的範圍內活動，處於一個高度傾斜的軌道上。在此軌道上，太陽軌道器將成為首個能直接為太陽兩極拍照的探測器。目前，我們對太陽極地的了解也很少。

揭開太陽風的「廬山真面目」

此外，這兩款探測器都將研究太陽風——太陽持續不斷噴射出的充滿內太陽系的、被磁化的氣體，其與整個太陽系的磁場、大氣層甚至太陽系內天體的表面相互作用。在地球上，這種相互作用會引發極光，有時會破壞通信系統和電網。

此前獲得的數據讓科學家們相信，日冕會給粒子加速，讓太陽風達到令人難以置信的速度：當太陽風離開太陽並穿越日冕時，速度加快了兩倍。當太陽風到達測量其一舉一動的航天器時，它已經旅行了約1.48億公里，這段時間足以讓這些帶電氣流與其他粒子混雜在一起，導致其某些特徵丟失。

「帕克」太陽探測器將在太陽風剛形成並離開日冕時捕捉太陽風，將原始觀測結果傳回地球；而太陽軌道器所處的位置讓其可以很好地觀察太陽的兩極，其提供的信息有助科學家洞悉太陽風的結構和行為在不同緯度的變化情況。這兩款探測器協同作戰，優勢互補，有助科學家進一步揭開太陽風的「廬山真面目」。

太陽的磁場如何生成

太陽軌道器還將利用其獨特的軌道，更好地了解太陽的磁場。

太陽最有趣的一些磁場活動集中在兩極，研究太陽兩極對於理解太陽磁場的性質很有幫助，但因為地球圍繞一個幾乎與太陽赤道平行的平面運行，我們通常不能很好地看到太陽的兩極。

太陽的磁場活躍且綿延至海王星軌道之外，能到達如此遙遠的地方，很大程度上是因為太陽風：隨著太陽風向外噴射出來，它會攜帶太陽磁場，產生一個巨大的「氣泡」——日光層。日光層的邊界由太陽與星際空間相互作用形成。2012年「旅行者1號」探測器穿過太陽風層頂，人們才知道這些邊界可保護內部太陽系免受來自銀河系的輻射。

太陽兩極周圍的強磁場促使太陽不斷變化，導致太陽耀斑和日冕物質拋射，但目前尚不清楚太陽磁場究竟如何在其內部產生。太陽軌道器每次將盤旋在太陽大氣層的同一區域幾天，觀測極地周圍壓力的累積和釋放，從而更好地釐清導致太陽磁場產生的物理過程。

研究人員指出，「帕克」太陽探測器和太陽軌道器將共同完善我們對太陽和日光層的了解。NASA戈達德太空中心「帕克」太陽探測器研究任務科學家亞當·薩博說：「我們試圖破譯太陽附近發生的事情，顯而易見的辦法就是去那裡。」

（科技日報北京5月30日電）

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