張葦杭??田 暉

近日，帕克太陽探測器再一次近距離飛掠太陽。這艘汽車大小的探測器在距離太陽表面約620萬公里的范圍內(nèi)，以每小時約68.7萬公里的速度飛行，延續(xù)了去年底以來的兩次飛行距離紀(jì)錄，將為探索太陽大氣與太陽風(fēng)提供更多數(shù)據(jù)。

太陽為何這么難“靠近”？這要從太陽的構(gòu)造說起。太陽半徑約為70萬公里，能量來自其內(nèi)部中心區(qū)域持續(xù)發(fā)生的核聚變反應(yīng)。這股能量一路向外傳遞，太陽內(nèi)部的溫度也隨之逐漸降低。在太陽表面之上，存在著延伸至數(shù)個太陽半徑以外的大氣結(jié)構(gòu)，由內(nèi)而外主要分為光球?qū)印⑸驅(qū)雍腿彰崛齻€層次。在光球?qū)又希柎髿獾臏囟炔粌H沒有隨著與日心距離的增加而降低，反而總體在不斷升高，最外層的日冕的溫度更是高達(dá)百萬攝氏度，遠(yuǎn)超太陽表面的溫度。太陽大氣不僅熱，能量還特別足，會不斷向外釋放超聲速的帶電粒子流，即“太陽風(fēng)”，其速度通常可達(dá)每秒數(shù)百公里。

日冕為什么會如此熾熱？太陽風(fēng)是如何被加速的？太陽高能粒子的起源在哪里？把探測器送入太陽大氣，研究日冕和太陽風(fēng)的成分與物理性質(zhì)，是解答這些科學(xué)謎題的重要途徑。帕克太陽探測器主要配備了4臺先進(jìn)儀器：太陽風(fēng)電子、阿爾法粒子與質(zhì)子探測器用于測量太陽風(fēng)中主要粒子的密度、速度、溫度等物理參數(shù)；寬視場成像儀用于對太陽風(fēng)及其擾動結(jié)構(gòu)進(jìn)行拍照觀測；電磁場探測儀用于檢測太陽風(fēng)中的電磁場變化；太陽高能粒子集成探測儀用于研究太陽高能粒子的產(chǎn)生和傳播過程。為了讓帕克太陽探測器可以承受極強(qiáng)的太陽輻射，科學(xué)家專門設(shè)計了一套熱防護(hù)系統(tǒng)，在探測器朝向太陽的一面安裝了由碳復(fù)合材料制成的防熱罩，從而確保后方的儀器正常運(yùn)行。

自2018年8月發(fā)射以來，帕克太陽探測器一共24次近距離飛掠太陽，對日冕大氣和太陽風(fēng)進(jìn)行探測，取得了一系列發(fā)現(xiàn)。比如，發(fā)現(xiàn)太陽風(fēng)磁場的折回結(jié)構(gòu)，證實(shí)太陽附近無塵區(qū)的存在。2024年11月6日，帕克太陽探測器完成了第七次也是最后一次金星引力助推飛行，將自身送入任務(wù)設(shè)定的最終軌道，并于同年12月、今年3月和6月實(shí)現(xiàn)了迄今為止最接近太陽的飛掠。此次飛掠是計劃中的最后一次，在這之后帕克太陽探測器將繼續(xù)圍繞太陽運(yùn)行并持續(xù)進(jìn)行觀測，直至明年對任務(wù)進(jìn)行評估與調(diào)整。隨著推進(jìn)劑耗盡，探測器將失去姿態(tài)控制功能，其太陽探測之旅也將隨之落幕。

太陽活動強(qiáng)度表現(xiàn)出約11年周期變化的特征，目前太陽正處于第25活動周的極大年。在此期間，太陽表面黑子數(shù)量顯著增加，磁場結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，耀斑和日冕物質(zhì)拋射等劇烈活動頻繁發(fā)生，對地球空間環(huán)境的影響顯著增大。太陽的爆發(fā)活動可能會導(dǎo)致地球極光范圍向中低緯度擴(kuò)展，甚至影響到中緯度地區(qū)的電網(wǎng)、衛(wèi)星、通信和導(dǎo)航系統(tǒng)等。

為深入理解這些爆發(fā)活動背后的物理機(jī)制，除了美國航空航天局的帕克太陽探測器外，歐洲的“太陽軌道飛行器”和我國的“夸父一號”“羲和號”及風(fēng)云衛(wèi)星等，也參與觀測太陽活動及其對地球的影響。在不久的將來，科研人員還將構(gòu)建太陽立體監(jiān)測體系，以進(jìn)一步揭示太陽大氣中發(fā)生的物理過程，并提升對太陽活動的預(yù)測能力，更好應(yīng)對太陽風(fēng)暴影響，減少對航天器及地面電力系統(tǒng)等重要設(shè)施的潛在威脅。科學(xué)家對太陽奧秘的揭示，不僅有助于提升我們對恒星活動及行星宜居性的認(rèn)知，還將為人類通往深空的旅程保駕護(hù)航。

(作者單位：北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院)

《 人民日報 》( 2025年07月16日 15 版)