“帕克”太陽探測器（Parker Solar Probe，PSP）又譯派克太陽探測器，是約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室（APL）和美國宇航局（NASA）共同研制的一顆繞日無人探測衛(wèi)星。最近，“帕克”太陽探測器發(fā)現(xiàn)了太陽風中的奇怪速度尖峰——粒子在那里加速并改變了太陽風的磁場方向。該探測器還觀測到環(huán)繞太陽旋轉(zhuǎn)的太陽風的速度比預(yù)期的要快，這意味著科學(xué)家對于恒星如何隨著年齡增長而減慢自轉(zhuǎn)速度的理解可能需要改進。一直以來科學(xué)家們都密切關(guān)注著太陽風的變化，那么什么是太陽風？“帕克”太陽探測器下一步目標又是什么？聽聽中國科學(xué)院院士汪景琇怎么說～
Q：“帕克”太陽探測器的首批成果揭示了什么問題？
汪景琇：依據(jù)帕克太陽探針最初兩次繞日飛行，特別是在近日點附近的局地實測和成像觀測數(shù)據(jù)，太陽和空間物理學(xué)家取得了首批重要發(fā)現(xiàn)。
圖1 “帕克”太陽探測器
一個最重要的發(fā)現(xiàn)，是太陽風的磁場會出現(xiàn)時標為幾分鐘的局地極性反轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為S-型磁場扭曲隨太陽風的快速傳播，磁場反轉(zhuǎn)與太陽風局地等離子體徑向速度的高速尖峰相聯(lián)系，并伴有等離子體密度和電磁能流（坡印廷流量）密度的快速增長；另一個沒有想到的結(jié)果，是環(huán)繞太陽旋轉(zhuǎn)的太陽風的速度比早先理論預(yù)言的速度快得多，太陽風可能帶走更多的能量和角動量?！芭量恕碧柼綔y器還探測到了豐富的等離子體天體物理過程，包括太陽風中電磁場的脈動，離子和電子的微觀不穩(wěn)定性等。
抵近太陽的成像觀測還診斷出日冕物質(zhì)拋射的磁繩結(jié)構(gòu)和理論預(yù)言的太陽風電流片中的等離子團和磁島等結(jié)構(gòu)。
Q：太陽風是什么？對人類生活會產(chǎn)生什么影響？為什么要研究它？
汪景琇：談到太陽風，不能不先說說太陽等離子體。等離子體是固體、流體、氣體之外物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)。當物質(zhì)被加熱到足夠高的溫度時，組成中性原子的帶正電荷的離子和帶負電荷的電子會脫離相互束縛，離解成自由移動的粒子，等離子體是由總體保持電中性的自由移動的離子和電子組成的。
太陽風是指從太陽外層大氣膨脹到整個行星際空間的、由離子和電子組成的高溫等離子體流。高速太陽風（>500公里/秒）來自太陽極區(qū)開放型磁場（被稱為極區(qū)冕洞）的區(qū)域。本次“帕克”太陽探測器探測的是低速太陽風，是從太陽赤道附近的一個具有開放性磁場的低緯冕洞流出的。
太陽風是發(fā)生在太陽外層大氣中一個最基本的物理過程，對太陽作為恒星的演化、太陽系的形成和結(jié)構(gòu)、人類生存的近地環(huán)境都有重要的影響。作為高速外流的高溫等離子體，這一過程對其它恒星（星風）、星系（星系風）都有普遍性。理解太陽風的起源是天體物理中一個重要課題。
太陽風作為聯(lián)系太陽和地球的紐帶和媒介，對決定太陽擾動，包括劇烈太陽活動對地的傳播和影響過程都有非常實際的意義。例如，一個重大的日冕物質(zhì)拋射（在行星際被稱為磁云）事件是否能影響地球環(huán)境，要多長時間能撞擊地球的磁層，是否會造成空間天氣災(zāi)害，不僅取決于日冕物質(zhì)拋射本身的速度、等離子體密度、磁場方向和強度等，還取決于背景太陽風的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及其與日冕物質(zhì)拋射的相互作用。
圖2 太陽風對地球磁場的影響示意圖
Q：人類是否有能力消除太陽風的影響？
汪景琇：太陽通過自己的電磁輻射和太陽風粒子輻射控制和影響太陽系。太陽風充滿整個行星際空間，人類不可能消除太陽風的影響。
太陽風中有一個與太陽活動相聯(lián)系的大尺度瞬變分量，即前面提到的日冕物質(zhì)拋射。后者常常與太陽耀斑和太陽暗條爆發(fā)同時或相繼發(fā)生，驅(qū)動強烈的地磁暴等災(zāi)害性空間天氣，對地球空間環(huán)境和人類高技術(shù)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。由于涉及的能量巨大，人類尚無法控制日冕物質(zhì)拋射，但是可以研究、理解并最終預(yù)測其發(fā)生發(fā)展，并找到規(guī)避的方法。這是太陽物理學(xué)者面臨的重大基礎(chǔ)研究課題和擔負的重要使命。
Q：日冕加熱問題2012年被《科學(xué)》雜志列為當代天文學(xué)八大未解之謎之一，什么是日冕層？此次發(fā)現(xiàn)對解決這個問題是否有幫助？
汪景琇：日冕是太陽最外層的大氣，位于太陽光球、色球和過渡區(qū)之上，向外一直擴展到行星際空間。其邊界沒有嚴格的定義，依太陽活動水平而有所變化。按照最近的太陽大氣模型，對沒有太陽活動的寧靜太陽，日冕底邊界在太陽表面（溫度極小區(qū)附近）之上約4萬公里。在日全食時，當日冕儀的遮光板遮住了明亮的太陽光球和色球，人們看到的是銀灰色的、擴展的日冕。
圖3 太陽大氣層結(jié)構(gòu)示意圖
日冕的溫度在百萬度之上，而太陽表面的溫度只有6千度左右，與地球大氣“高處不勝寒”的常識相反，是挑戰(zhàn)性的科學(xué)難題。而且由于日冕的密度很低，日冕的溫度不是我們通常理解的熱力學(xué)溫度，是通過原子多次電離和大量禁戒能級躍遷光譜來量度的。
“帕克”太陽探測器盡管實地探測到了日冕的百萬度高溫，但其最初的成果與解密百萬度日冕尚沒有直接的聯(lián)系，但它卻提供了一些可能值得注意的導(dǎo)致日冕加熱的線索。例如低速太陽風磁場的局地快速反變和相伴的電磁能流密度的增長，太陽風電磁場脈動及等離子體微觀不穩(wěn)定性，阿爾文波類擾動等的證認，都值得進一步的實測努力和理論探索。期待在越來越抵近太陽的征程中，“帕克”太陽探測器取得解密日冕加熱的決定性結(jié)果。
Q：太陽的磁極每22年變換一次，但從探測器中發(fā)現(xiàn)太陽的磁場在靠近其表面時變得不穩(wěn)定，這可能是什么原因？
汪景琇：太陽的磁周期是22年，其普遍磁場的極性分布每22年重復(fù)一次。“太陽的磁極每22年變換一次”，是對太陽的普遍磁場而言的。
“帕克”太陽探測器在穿越由一個低緯冕洞流出的太陽風時，測到了時標為幾分鐘的局地磁場反變，與太陽普遍磁場的22年磁周期沒有關(guān)系。慢速太陽風中觀測到的磁場極性反轉(zhuǎn)，很大可能是來自冕洞內(nèi)部的小尺度磁場的雙極浮現(xiàn)，是導(dǎo)致的等離子體噴流和擾動進入太陽風的結(jié)果。
Q：接下來它的探測目標是什么？
汪景琇：“帕克”太陽探測器有兩個最基本的科學(xué)目標：1）解開百萬度高溫日冕產(chǎn)生之謎；2）找到太陽風即太陽能量粒子流的源頭，同時探尋和診斷日冕中以太陽活動初發(fā)為特征的爆發(fā)式磁能釋放的機理。目前，它剛剛繞日3周，還會在未來6年繞日21周并越來越抵近太陽進行探測，最終在離日面約9個太陽半徑處進行實地測量和成像觀測，完成人類歷史上觸摸太陽的壯麗征程，實現(xiàn)詩人屈原兩千多年前“折若木以拂日兮”的偉大暢想?。ú塘眨?/p>
受訪專家：汪景琇，中國科學(xué)院院士，中國科學(xué)院國家天文臺研究員，中國科學(xué)院大學(xué)資深講席教授，《Research in Astronomy and Astrophysics》聯(lián)合執(zhí)行主編。
