张苇杭 田 晖
近日，帕克太阳探测器再一次近距离飞掠太阳。这艘汽车大小的探测器在距离太阳表面约620万公里的范围内，以每小时约68.7万公里的速度飞行，延续了去年底以来的两次飞行距离纪录，将为探索太阳大气与太阳风提供更多数据。
太阳为何这么难“靠近”？这要从太阳的构造说起。太阳半径约为70万公里，能量来自其内部中心区域持续发生的核聚变反应。这股能量一路向外传递，太阳内部的温度也随之逐渐降低。在太阳表面之上，存在着延伸至数个太阳半径以外的大气结构，由内而外主要分为光球层、色球层和日冕三个层次。在光球层之上，太阳大气的温度不仅没有随着与日心距离的增加而降低，反而总体在不断升高，最外层的日冕的温度更是高达百万摄氏度，远超太阳表面的温度。太阳大气不仅热，能量还特别足，会不断向外释放超声速的带电粒子流，即“太阳风”，其速度通常可达每秒数百公里。
日冕为什么会如此炽热？太阳风是如何被加速的？太阳高能粒子的起源在哪里？把探测器送入太阳大气，研究日冕和太阳风的成分与物理性质，是解答这些科学谜题的重要途径。帕克太阳探测器主要配备了4台先进仪器：太阳风电子、阿尔法粒子与质子探测器用于测量太阳风中主要粒子的密度、速度、温度等物理参数；宽视场成像仪用于对太阳风及其扰动结构进行拍照观测；电磁场探测仪用于检测太阳风中的电磁场变化；太阳高能粒子集成探测仪用于研究太阳高能粒子的产生和传播过程。为了让帕克太阳探测器可以承受极强的太阳辐射，科学家专门设计了一套热防护系统，在探测器朝向太阳的一面安装了由碳复合材料制成的防热罩，从而确保后方的仪器正常运行。
自2018年8月发射以来，帕克太阳探测器一共24次近距离飞掠太阳，对日冕大气和太阳风进行探测，取得了一系列发现。比如，发现太阳风磁场的折回结构，证实太阳附近无尘区的存在。2024年11月6日，帕克太阳探测器完成了第七次也是最后一次金星引力助推飞行，将自身送入任务设定的最终轨道，并于同年12月、今年3月和6月实现了迄今为止最接近太阳的飞掠。此次飞掠是计划中的最后一次，在这之后帕克太阳探测器将继续围绕太阳运行并持续进行观测，直至明年对任务进行评估与调整。随着推进剂耗尽，探测器将失去姿态控制功能，其太阳探测之旅也将随之落幕。
太阳活动强度表现出约11年周期变化的特征，目前太阳正处于第25活动周的极大年。在此期间，太阳表面黑子数量显著增加，磁场结构更加复杂，耀斑和日冕物质抛射等剧烈活动频繁发生，对地球空间环境的影响显著增大。太阳的爆发活动可能会导致地球极光范围向中低纬度扩展，甚至影响到中纬度地区的电网、卫星、通信和导航系统等。
为深入理解这些爆发活动背后的物理机制，除了美国航空航天局的帕克太阳探测器外，欧洲的“太阳轨道飞行器”和我国的“夸父一号”“羲和号”及风云卫星等，也参与观测太阳活动及其对地球的影响。在不久的将来，科研人员还将构建太阳立体监测体系，以进一步揭示太阳大气中发生的物理过程，并提升对太阳活动的预测能力，更好应对太阳风暴影响，减少对航天器及地面电力系统等重要设施的潜在威胁。科学家对太阳奥秘的揭示，不仅有助于提升我们对恒星活动及行星宜居性的认知，还将为人类通往深空的旅程保驾护航。
(作者单位：北京大学地球与空间科学学院)
《 人民日报 》( 2025年07月16日 15 版)
