太陽(yáng)是地球上主要的熱量、能量和光的來(lái)源，它在整個(gè)人類歷史上都是遙不可及的。1976年，太陽(yáng)神2號(hào)宇宙飛船到達(dá)了距離太陽(yáng)4300萬(wàn)公里的地方，這一紀(jì)錄保持了40多年。現(xiàn)在，美國(guó)宇航局帕克太陽(yáng)探測(cè)器已經(jīng)打破了之前的記錄，距離太陽(yáng)只有787萬(wàn)公里，以至于有報(bào)道稱探測(cè)器“觸碰到了太陽(yáng)”。帕克太陽(yáng)探測(cè)器的這一壯舉著實(shí)了不起，但它真的“接觸了太陽(yáng)”或“進(jìn)入了太陽(yáng)的大氣層”嗎？

如何靠近太陽(yáng)

當(dāng)我們將一個(gè)物體發(fā)射到太空時(shí)，無(wú)論我們給它的速度是多少，它都會(huì)疊加在地球的軌道速度上，這意味著我們可以讓它擁有比地球更多或更少的軌道能量，要么把它推到一個(gè)相對(duì)于太陽(yáng)更高、約束更小的軌道上，要么把它推到一個(gè)約束更小、更低的軌道上。

為了使一個(gè)物體從地球軌道落入太陽(yáng)，它必須要釋放巨大的角動(dòng)量。從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，我們離實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)還有很長(zhǎng)的路要走。但多虧了我們對(duì)引力和軌道力學(xué)的理解，我們有了更巧妙、更省能量的方法：引力彈弓。

利用引力彈弓技術(shù)是接近太陽(yáng)的關(guān)鍵。當(dāng)你飛過(guò)一顆行星時(shí)，你可以偷走行星的能量來(lái)增加動(dòng)能，也可以通過(guò)行星來(lái)失去動(dòng)能，這些相互作用純粹是引力作用。我們經(jīng)常使用這種技術(shù)將物體送到他們想要的目的地。

帕克太陽(yáng)探測(cè)器與行星進(jìn)行了大量能量損失的引力相互作用，尤其是與金星的反復(fù)相互作用，使其能夠如此接近太陽(yáng)。2019年，它首次飛越太陽(yáng)2370萬(wàn)公里以內(nèi)，比以往任何時(shí)候都深入太陽(yáng)風(fēng)。在2021年4月，它跨越了1310萬(wàn)公里以下的閾值，在那里首次直接觀察到了長(zhǎng)期以來(lái)一直預(yù)測(cè)存在的一組新太陽(yáng)現(xiàn)象。這次，它離太陽(yáng)最近的距離只有787萬(wàn)公里。在與金星持續(xù)的引力相互作用之后，它的最后一次接近將把它帶到616萬(wàn)公里以內(nèi)。

如何抵抗太陽(yáng)的熱量

需要開(kāi)發(fā)一種特殊的、獨(dú)一無(wú)二的隔熱板來(lái)保護(hù)帕克太陽(yáng)探測(cè)器。在地球目前與太陽(yáng)的軌道距離上，太陽(yáng)輻射每平方米給我們帶來(lái)1.5千瓦的能量。在其最近的位置，帕克太陽(yáng)探測(cè)器將感受到650千瓦每平方米的輻射。為了生存下來(lái)，在航天器的設(shè)計(jì)中采取了以下干預(yù)措施。

它有一個(gè)面向太陽(yáng)的保護(hù)罩，該物體直徑2.3米，厚11.4厘米，由碳-碳復(fù)合材料制成，設(shè)計(jì)可以承受1370°C的高溫。保護(hù)罩被涂上了一層白色反光氧化鋁層，以盡可能減少太陽(yáng)輻射。飛船和它的儀器被放置在防護(hù)罩的陰影中心，完全阻擋了太陽(yáng)輻射。

帕克太陽(yáng)探測(cè)器在找什么

我們?cè)缇椭溃?yáng)的光球?qū)硬皇窃趩我粶囟认碌墓腆w表面，而是在許多不同的深度發(fā)出我們所觀察到的“陽(yáng)光”。它不是作為一個(gè)單獨(dú)的黑體，它表現(xiàn)出好像是一系列黑體的總和，告訴我們太陽(yáng)并不是一個(gè)固體表面。在日食期間，我們能夠看到太陽(yáng)的內(nèi)日冕。同時(shí)，在遠(yuǎn)離太陽(yáng)的地方，我們只能看到帶電粒子流，也就是我們通常所知的太陽(yáng)風(fēng)。

因此，我們隱約知道，當(dāng)我們從光球?qū)由戏降膬?nèi)部區(qū)域到太陽(yáng)風(fēng)占主導(dǎo)地位的最外層區(qū)域時(shí)，太陽(yáng)發(fā)射和產(chǎn)生的帶電粒子和磁場(chǎng)的行為中一定發(fā)生了一系列的轉(zhuǎn)變。日冕問(wèn)題使這一問(wèn)題更加復(fù)雜：盡管太陽(yáng)的光球?qū)印皟H”在6000K左右，但日冕要熱得多，高達(dá)數(shù)百萬(wàn)度。能量在太陽(yáng)和日冕之間以某種方式傳遞，這種方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了單純的輻射加熱。

帕克太陽(yáng)探測(cè)器的主要任務(wù)之一就是解答能量轉(zhuǎn)移是如何發(fā)生以及在何處發(fā)生的問(wèn)題。理論上，解決方案中需要包含許多物理組件。首先，當(dāng)你向內(nèi)移動(dòng)時(shí)，你會(huì)開(kāi)始看到太陽(yáng)風(fēng)不是簡(jiǎn)單地由均勻的帶電粒子流組成。你會(huì)發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)磁場(chǎng)會(huì)以一種混亂的方式改變方向，這就是我們所知的“折回”。2019年，在距離太陽(yáng)2370萬(wàn)公里的地方，帕克太陽(yáng)探測(cè)器首次發(fā)現(xiàn)了它們。

當(dāng)你繼續(xù)向內(nèi)移動(dòng)時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這些折回的起源：在科學(xué)文獻(xiàn)中稱為阿爾文點(diǎn)。一個(gè)阿爾文點(diǎn)有三個(gè)重要的性質(zhì)，這些性質(zhì)對(duì)于理解太陽(yáng)物理學(xué)都是至關(guān)重要的。今年早些時(shí)候，派克太陽(yáng)能探測(cè)器終于發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象發(fā)生的地方：距離太陽(yáng)1310萬(wàn)公里。

它尚未發(fā)現(xiàn)但希望找到的是這些磁折線是如何形成的，磁重連起了什么作用，是如何連接到位于太陽(yáng)日冕底部的磁漏斗上的。更多關(guān)于太陽(yáng)風(fēng)加速、日冕過(guò)熱的信息，甚至可能是關(guān)于預(yù)測(cè)空間天氣事件的見(jiàn)解，可能會(huì)通過(guò)額外的數(shù)據(jù)和飛越發(fā)現(xiàn)。

它真的“接觸到太陽(yáng)了嗎”

如果你看一張長(zhǎng)時(shí)間曝光的日冕照片，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一系列顯著的事實(shí)。首先，你會(huì)看到在太陽(yáng)光球?qū)又獾牟煌瑓^(qū)域之間沒(méi)有連續(xù)。日冕的底部有大量的日珥和磁環(huán)，它直接與太陽(yáng)大氣層的外層區(qū)域相連，一直延伸到太陽(yáng)風(fēng)的最外層。

曝光時(shí)間最長(zhǎng)的日全食照片，拍攝于持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、最黑暗的日全食期間，揭示了這個(gè)延伸的結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了水星軌道。我們現(xiàn)在知道，它不僅吞沒(méi)地球，甚至延伸到太陽(yáng)系外。從太陽(yáng)底部到日冕，再到太陽(yáng)風(fēng)撞擊日球?qū)禹數(shù)淖钔鈱樱@一切都只是一個(gè)連續(xù)的結(jié)構(gòu)。

在一個(gè)非常真實(shí)的方式中，我們的整個(gè)地球都在日冕的“內(nèi)部”，而日冕甚至延伸到我們太陽(yáng)系最外層的行星。日冕不會(huì)在某個(gè)任意點(diǎn)結(jié)束，然后變成太陽(yáng)風(fēng)，它是一個(gè)連續(xù)的結(jié)構(gòu)。

這個(gè)定義被相當(dāng)一部分太陽(yáng)物理學(xué)家所青睞，但卻被其他物理學(xué)家強(qiáng)烈質(zhì)疑。

帕克太陽(yáng)探測(cè)器所取得的成就是非常了不起的。我們已經(jīng)探測(cè)到磁性折返點(diǎn)，確定了它們的原點(diǎn)，并發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)周圍的阿爾文點(diǎn)。我們的太陽(yáng)，以它的光球?qū)觼?lái)衡量，是我們整個(gè)太陽(yáng)系中自然出現(xiàn)的最完美的球體。然而，如果你用阿爾文臨界表面來(lái)定義“太陽(yáng)”，那會(huì)立即使它成為我們見(jiàn)過(guò)的球?qū)ΨQ度最低的自然天體，甚至可能比“奧陌陌”還差。