帕克太阳探测器的惊人成就

帕克太阳探测器看到宇宙尘埃(如图所示)——散布在我们的太阳系中——开始变薄 close 到太阳,支持长期理论的太阳附近无尘区的想法。 图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心/Scott Wiessinger

2018 年,美国宇航局发射了帕克太阳探测器,执行一项史无前例的研究太阳升起的任务 close. 该任务被定义为三个关键的科学目标:

  1. 追踪加热太阳外层大气的能量流动。
  2. 为了揭示太阳风的来源,太阳物质不断地从太阳中逸出。
  3. 探索太阳高能粒子——可以在一小时内完成 9300 万英里(1.5 亿公里)的地球之旅——是怎样被运输和加速的。

现在,在发射四年后,该任务已在实现这些关键目标和更多目标方面取得进展。 随着帕克太阳探测器继续其使命,它继续打破记录并首次捕捉到太阳的测量数据。

信用:美国国家航空航天局

以下是有关美国宇航局触摸太阳的历史使命的需要了解的事实。

1. 帕克太阳探测器是美国宇航局第一个以活人命名的任务。

为了纪念首次预测太阳风的著名物理学家尤金·帕克,美国宇航局于 2017 年 5 月宣布,它将把 Solar Probe Plus 任务重命名为 Parker Solar Probe。 帕克亲眼目睹了宇宙飞船的发射以及任务几年中的发现。 他于 2022 年 3 月 15 日去世,享年 94 岁。

信用:美国国家航空航天局

2. 飞船搭载革命性技术。

该任务是在 1958 年构思的,但花了 60 年时间才开发出实现这一目标的技术。 帕克太阳探测器在马里兰州劳雷尔的约翰霍普金斯应用物理实验室设计和建造,带有隔热罩、自动机载“智能”以保持航天器面向太阳,以及高效的冷却系统。

信用:美国国家航空航天局

3. 屡屡破纪录。

发射仅仅几个月后,帕克太阳探测器就成为离太阳最近的人造物体,在距离太阳表面 2655 万英里(4272 万公里)的范围内经过,成为最快的人造物体,速度达到 153454 英里每小时。 从那以后,它一再打破这两项记录,并在 2024 年飞到距离太阳表面 390 万英里(620 万公里)以内的地方时,最高时速将达到约 430,000 英里(700,000 公里)。看 在哪里 帕克太阳探测器在这里是实时的。

4. Parker Solar Probe 已正式对太阳进行采样。

2021 年 12 月,美国宇航局宣布帕克太阳探测器已实现其基石目标:在恒星大气中进行首次测量。

5. 它做出了改变游戏规则的发现。

Parker Solar Probe 带有四个仪器套件,现在每个套件都有多项突破性发现。 下面描述了其中的一小部分。

太阳风电子阿尔法和质子调查(SWEAP):调查太阳变成太阳风的地方

当帕克太阳探测器进入太阳大气层时,它首次穿越了所谓的阿尔文临界表面——固定在太阳上的太阳能材料首先逃离并变成太阳风的边界。

在这次穿越之前,没有人知道那个边界会是什么样子。 在它的第一次通过 close 足以越过边界,帕克太阳探测器多次进出日冕。 这揭示了有关边界形状的关键信息,揭示了阿尔文临界表面的形状不像一个光滑的球。 相反,它具有使表面起皱的尖峰和山谷。

SWEAP 仪器确定这些皱纹是由于日冕流光造成的——太阳物质的巨大羽流从太阳大气中升起。 长期以来,地球附近的观测太阳的航天器一直在观察飘带,但以前从未直接测量过。 结果正在重塑我们对太阳大气的了解以及它怎样转化为太阳风。

标记日冕边缘的边界是 Alfvén 临界面。 在该表面内部(左侧的圆圈),等离子体通过在表面来回传播的波与太阳相连。 在它之外(右边的圆圈),太阳的磁场和引力太弱而无法容纳等离子体,它变成了太阳风,在太阳系中疾驰而过,以至于风中的波浪无法以足够快的速度传播到太阳。 结果表明,阿尔文临界表面具有褶皱结构,与称为日冕流光的巨大太阳物质羽流相连。 图片来源:NASA/约翰霍普金斯 APL/Ben Smith

用于帕克太阳探测器 (WISPR) 的广域成像仪:无尘区的初步迹象

尘埃几乎遍布我们的太阳系——数十亿年前形成行星、小行星、彗星和其他天体的碰撞残余物。 大约一个世纪前,天文学家亨利·诺里斯·拉塞尔(Henry Norris Russell)预测,太阳周围应该有一个区域,尘埃颗粒应该变得足够热以升华并因此消失,从而形成一个无尘区。 几十年来,人们一直在寻找升华带的证据,但没有一致的证据证明它的存在。

WISPR仪器首次检测到粉尘消耗 close 到太阳,观察在约 19 个太阳半径(距太阳 820 万英里,或 1320 万公里)处变暗的尘埃反射的光。 结果模型表明,无尘区应该从大约 5 个太阳半径(距太阳 220 万英里或 350 万公里)开始存在。

领域:追踪太阳的磁反转

当帕克太阳探测器将其航行中的第一批观测结果发回太阳时,科学家们发现他们的磁场测量值出现了所谓的折返:太阳磁场的快速翻转,像曲折的山路一样反转方向。

此后,FIELDS 帮助缩小了它们的起源。 在帕克太阳探测器第 6 次飞越太阳期间,FIELDS 数据显示,折线与太阳表面的磁性“漏斗”对齐。 这些漏斗出现在称为超颗粒的结构之间——太阳上的巨大气泡,来自太阳内部的热等离子体在其中上升,在表面扩散,冷却然后下沉。 这些区域的磁几何表明,磁重联为太阳风提供动力。

虽然新发现确定了折返的位置,但它们是怎样形成的问题仍然是一个积极研究的问题。

太阳综合科学调查(ISʘIS):重写关于太阳高能粒子的书

ISʘIS,发音为“ee-sis”,在其首字母缩略词中包含太阳的符号,用于测量太阳高能粒子,即逃离太阳的最高能粒子。 在地球附近测量,太阳高能粒子事件相对罕见且难以预测。 但检测 SEP close 对于太阳来说,ISʘIS 改变了我们对这些快速粒子的了解。 ISʘIS 发现 SEP 比预期的要普遍得多,它们包含比预期更广泛的粒子类型,并且它们从太阳的路径并不像以前认为的那样直接——它们可能会被场检测到的折返破坏并且有时可以走一条比预期长两倍的路径。 通过测量这些事件 close 对于太阳来说,ISʘIS 探测到的事件是如此之小,以至于它们在到达地球之前就已经丢失了所有痕迹,从而帮助科学家更全面地了解它们来自哪里以及它们是怎样加速远离太阳的。

……结果不断出现。

每个新数据集都扩展了空间科学的极限——而且不仅仅是关于太阳。 帕克太阳探测器还研究了彗星,探测了金星大气层的无线电发射,甚至拍摄了有史以来第一张可见波长的金星表面图像。

2024 年,距离最近的太阳仍然在前方,只有时间才能证明等待着什么新发现。