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2018年8月,人類終于實(shí)現(xiàn)了“觸摸”太陽的偉大夢(mèng)想。具有歷史意義的帕克太陽探測(cè)器(Parker Solar Probe,以下簡稱帕克)由德爾塔4重型火箭發(fā)射升空,踏上了奔赴太陽的漫長征途。
如今,帕克離開地球1年多了,它已3次近距離接觸太陽,創(chuàng)下了人造航天器的多項(xiàng)紀(jì)錄,成為當(dāng)之無愧的人造航天器中的大哥。
近日,《自然》雜志上發(fā)表的4篇論文,展示了帕克靠近太陽時(shí)觀察到的一些結(jié)果。帕克大哥,究竟發(fā)現(xiàn)了什么?
帕克“盲人摸象”探磁場
“帕克這次最重要的一個(gè)成果就是證實(shí)了低速太陽風(fēng)起源于冕洞。”中國科學(xué)院國家天文臺(tái)懷柔太陽觀測(cè)基地團(tuán)隊(duì)主任兼總工程師鄧元勇在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示。
為什么在帕克之前,低速太陽風(fēng)的起源沒有得到證實(shí)呢?
首先,太陽風(fēng)本身很難追蹤。“一般來說,太陽風(fēng)離開日冕層以后我們才能跟蹤觀測(cè)它,所以它從哪里來,就不清楚了。就好比說,當(dāng)我們看見龍卷風(fēng)的時(shí)候,龍卷風(fēng)已經(jīng)形成,但并不知道龍卷風(fēng)來源于何處。”中國科學(xué)院國家天文臺(tái)懷柔太陽觀測(cè)基地團(tuán)隊(duì)研究人員表示。
其次,與高速太陽風(fēng)相比,低速太陽風(fēng)較難找到標(biāo)識(shí)物。專家解釋道,因?yàn)楦咚偬栵L(fēng)一般和太陽上的劇烈活動(dòng)現(xiàn)象相關(guān),而這類現(xiàn)象比較容易確認(rèn)位置,但低速太陽風(fēng)就比較難找到這么明顯的標(biāo)識(shí)物。
這一次,帕克直奔太陽而去,因而能夠提供低速太陽風(fēng)起源于冕洞的直接證據(jù)。
他們表示,從某種意義上來說,帕克之所以受到關(guān)注,也主要是因?yàn)樗芘c太陽“親密接觸”,而這本身就是劃時(shí)代的成果。
此外,帕克還發(fā)現(xiàn)了太陽磁場反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。
對(duì)此,鄧元勇告訴記者:“只能說帕克是觀測(cè)到了磁場反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在科學(xué)上有多大意義,還需要看造成現(xiàn)象的原因是什么。”
他表示,目前,科學(xué)界對(duì)于帕克觀測(cè)到的磁場反轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象原因的解釋,還沒有形成定論。“出現(xiàn)這一狀況的主要原因是因?yàn)榕量说奶綔y(cè)是‘就位’(in situ)探測(cè),從這一點(diǎn)來看,它具有劃時(shí)代意義,即人類真的把探測(cè)器送到太陽上;但這同時(shí)也是帕克的局限性所在,因?yàn)樗荒芴綔y(cè)它所在的‘點(diǎn)’的信息,但太陽風(fēng)覆蓋的太陽系空間是一個(gè)完整的因果鏈,帕克的‘就位’探測(cè)就好比‘盲人摸象’。所以,要想得到完整的物理圖像,帕克任重而道遠(yuǎn)。”
空間地面觀測(cè)各有優(yōu)勢(shì)
我國的懷柔太陽觀測(cè)基地開展的工作主要涉及太陽磁場速度場形態(tài)演化、磁場非勢(shì)特征、磁螺度觀測(cè)與理論、小尺度(弱)磁場及磁場內(nèi)稟性質(zhì)和基于矢量磁場觀測(cè)的太陽大氣三維重構(gòu)等方向,近年來還拓展了太陽發(fā)電機(jī)、日震學(xué)等理論研究。
雖然都是觀測(cè)太陽磁場,但懷柔基地側(cè)重的是測(cè)量太陽表面(光球?qū)?的磁場,而帕克關(guān)注的是日冕層到地球空間這一部分的磁場。“如果把研究太陽磁場看作拼圖,帕克與懷柔基地的工作是互相補(bǔ)充,再加上近地空間的諸多其他觀測(cè),最終目的是為了拼出一塊完整的太陽—地球空間的磁場圖。”鄧元勇表示。
據(jù)介紹,我國的太陽觀測(cè)目前僅為地基觀測(cè),未來數(shù)年將實(shí)現(xiàn)近地軌道衛(wèi)星平臺(tái)的空間觀測(cè)。如果能夠飛到太陽的極區(qū)去看看,這將是令世界矚目的一項(xiàng)探測(cè)工程,也是世界航天大國的太陽和空間物理工作者竭力爭奪的高地。
過去20多年來,懷柔基地的研究者們致力于研究太陽磁場結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,及其與太陽活動(dòng)之間的關(guān)系。
“太陽磁場的復(fù)雜性可以用磁螺度等參數(shù)來描述。螺度這個(gè)概念,有個(gè)簡單的理解,就好比繩子被打了結(jié),扭作麻花,繩結(jié)越多表示結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。我們的一部分工作,可以說是在揭開繩結(jié)背后的機(jī)制。近年來,在磁螺度的研究方面我國太陽物理工作者作出了顯著貢獻(xiàn),居于世界前列。”中國科學(xué)院國家天文臺(tái)懷柔太陽觀測(cè)基地團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人向科技日?qǐng)?bào)記者透露。
專家表示,電磁相互作用導(dǎo)致的太陽劇烈活動(dòng)是災(zāi)害性空間天氣事件的源頭,太陽磁場研究不僅具有科學(xué)意義,而且對(duì)人類活動(dòng)也有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
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