同時發表四篇論文，揭開太陽的重重謎題
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如果請你畫一個太陽，你很可能會在紙上畫一個亮黃色的圓圈——實際上這還挺準確的，因為太陽是一個高溫氣體球，其表面（被稱為光球層）發出明亮的黃光。黃色是由光球的溫度決定的，光球的溫度大約為5500攝氏度。
在日全食的時候，太陽的外層大氣，也就是日冕，是一個明亮的圈，月亮則擋住了其餘的光。日冕由等離子體組成。大約80年前，科學家發現，日冕的溫度實際上比太陽表面溫度要高得多，可達幾百萬攝氏度。為什麼日冕溫度會這麼高？這是太陽物理學領域中最大的謎題。
日冕的高溫導致一種被稱為太陽風的等離子體流持續噴出。太陽風由帶電粒子組成，主要是質子和氦核，沿著太陽的磁力線運動。但是太陽如何使太陽風加速是另一個巨大的謎團。幸運的是，NASA的帕克太陽探測器和太陽進行了有史以來最親密的接觸，並開始回答這些和其他許多問題。其中第一批結果剛剛發表在《自然》期刊上（共四篇論文）。
○ 圖片來源：NASA"s Goddard Space Flight Center
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最初探索太陽奧秘的想法可以追溯到20世紀50年代，但太陽附近的惡劣環境對當時的航天器技術來說太有挑戰了。2018年，帕克太陽探測器發射升空。它目前處於橢圓軌道上，每5個月接近太陽一次。未來幾年，它將利用金星的引力越來越靠近太陽。在2024年最接近太陽的時候，它距離太陽將僅有600多萬千米。儘管這個數字聽起來仍然相當大，但已經比任何航天器離太陽都近得多。
在今年9月1日完成最近一次近距離接觸後，探測器目前已經完成了三次任務。在每一次任務中，探測器都在離太陽表面約2400萬千米的距離飛行。探測器上的設備可以直接測量太陽風等離子體和探測器周圍的電磁場。探測器還會測量高能粒子，探測器上甚至還配備了成像儀器，可以拍攝日冕的照片。到目前為止，探測器和太陽的近距離接觸揭示了大量新的物理現象。
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帕克太陽探測器的主要目標之一是發現「慢」太陽風的來源，以及它是如何在太陽高溫的大氣中加速的。
來自太陽的大量粒子是兩種流的混合，一種流動速度是另一種的兩倍。所謂的「快」太陽風，其速度在每秒500到1000千米之間。研究人員已經知道，它們來自太陽南北兩極的大日冕洞。日冕洞與太陽黑子有關，是比周圍日冕溫度低、密度小的區域。但人們對「慢」太陽風的來源知之甚少，這種太陽風密度更大，但速度只有「快」太陽風的一半左右。
現在，帕克的數據表明，緩慢的太陽風是從太陽赤道附近的小日冕洞流出的。在每一次近距離接觸中，探測器都會在一個日冕洞上方停留長達一周的時間，太陽風粒子從這個日冕洞中沿著磁力線湧出，流過探測器，探測器上的設備可以直接觀察到太陽表面的情況。
解開謎團的同時，帕克也提出了許多新的問題。它的首批觀測結果表明，風速和磁場的變化比近地觀測到的變化大得多。例如，磁場感測器探測到了磁場方向的大幅度翻轉。
我們不知道這些翻轉到底是什麼。但測量結果表明，它們與太陽風流出的速度增加是一致的。這種情況是通過短暫而強烈的「噴流」發生的，也就是太陽風的流速在幾分鐘內增加。每一次等離子體波都伴隨著周圍磁場的突然翻轉。科學家認為，他們看到的可能是磁場中的S形波紋，就好像太陽表面附近的什麼東西抓住了磁力線，像鞭子一樣折斷了它。
探測器上的儀器還探測到許多較小的電磁場波動。我們從先前的測量中已經知道它們的存在，但是它們在太陽附近的強度確實令人驚訝。這表明它們實際上可能在加熱日冕，以及加速太陽風方面起著重要的作用。
○ 帕克太陽探測器觀測到的磁力線彎曲現象示意圖 | 圖片來源：NASA"s Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab/Adriana Manrique Gutierrez
另一個有趣的發現是在太陽耀斑（日冕中紫外線的明亮爆發）之後。探測器測量了在日冕活躍區中被加速的粒子。這些粒子到達的時間表明，它們和太陽之間的距離比預測的要長。由於高能粒子沿著太陽磁力線運動，這一較長的運動時間表明，太陽和探測器之間的磁場結構比以前想像的要複雜。
成像儀器還看到太陽附近日冕物質拋射的特徵。這些是來自日冕的物質大爆發。研究這些爆發對我們的社會非常重要。如果大型日冕物質拋射撞擊地球，會造成很多干擾，例如斷電、GPS信號丟失、無線電通信中斷以及對航空旅行者和宇航員的傷害。
另一個令人驚訝的是，在每一次探測器飛過近日點的時候，有大量塵埃顆粒不斷向探測器襲來。這些塵埃顆粒可能小於一微米，很可能是小行星或彗星的碎片，它們在太陽附近熔化，留下了被困在這裡的塵埃。這些塵埃現在正圍繞太陽旋轉，科學家懷疑撞擊探測器的大部分塵埃正受到光壓向外噴射，並註定要完全逃離太陽系。
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即使取得第一批結果之後，仍有許多問題懸而未決。帕克帶來的大量信息肯定會讓研究人員在未來的幾年裡忙得不可開交。然而，接近太陽已經被證明是絕對值得的。在未來的幾年裡，太空飛行器技術將更進一步，先進的儀器將使許多新的科學發現成為可能。或許這些測量結果很快將幫助我們改寫教科書，並解開太陽最大的謎團——為什麼太陽日冕如此熾熱，以及太陽風是如何加速的。
參考來源：
https://theconversation.com/why-is-the-suns-atmosphere-so-hot-spacecraft-starts-to-unravel-our-stars-mysteries-128242
https://www.nature.com/articles/d41586-019-03665-3
https://www.sciencenews.org/article/nasa-parker-solar-probe-reveals-sun-plasma-waves-magnetic-islands
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-12/uoc--psp120319.php
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasas-parker-solar-probe-sheds-new-light-on-the-sun/
