探索太陽，飛得更近

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620萬公里的範圍內，以每小時約68.7萬公里的速度飛行，延續了去年底以來的兩次飛行距離紀錄，將為探索太陽大氣與太陽風提供更多數據。

太陽為何這麼難“靠近”？這要從太陽的構造説起。太陽半徑約為70萬公里，能量來自其內部中心區域持續發生的核聚變反應。這股能量一路向外傳遞，太陽內部的温度也隨之逐漸降低。在太陽表面之上，存在着延伸至數個太陽半徑以外的大氣結構，由內而外主要分為光球層、色球層和日冕三個層次。在光球層之上，太陽大氣的温度不僅沒有隨着與日心距離的增加而降低，反而總體在不斷升高，最外層的日冕的温度更是高達百萬攝氏度，遠超太陽表面的温度。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”，其速度通常可達每秒數百公里。

日冕為什麼會如此熾熱？太陽風是如何被加速的？太陽高能粒子的起源在哪裏？把探測器送入太陽大氣，研究日冕和太陽風的成分與物理性質，是解答這些科學謎題的重要途徑。帕克太陽探測器主要配備了4台先進儀器：太陽風電子、阿爾法粒子與質子探測器用於測量太陽風中主要粒子的密度、速度、温度等物理參數；寬視場成像儀用於對太陽風及其擾動結構進行拍照觀測；電磁場探測儀用於檢測太陽風中的電磁場變化；太陽高能粒子集成探測儀用於研究太陽高能粒子的產生和傳播過程。為了讓帕克太陽探測器可以承受極強的太陽輻射，科學家專門設計了一套熱防護系統，在探測器朝向太陽的一面安裝了由碳複合材料製成的防熱罩，從而確保後方的儀器正常運行。

自2018年8月發射以來，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進行探測，取得了一系列發現。比如，發現太陽風磁場的折回結構，證實太陽附近無塵區的存在。2024年11月6日，帕克太陽探測器完成了第七次也是最後一次金星引力助推飛行，將自身送入任務設定的最終軌道，並於同年12月、今年3月和6月實現了迄今為止最接近太陽的飛掠。此次飛掠是計劃中的最後一次，在這之後帕克太陽探測器將繼續圍繞太陽運行並持續進行觀測，直至明年對任務進行評估與調整。隨着推進劑耗盡，探測器將失去姿態控制功能，其太陽探測之旅也將隨之落幕。

太陽活動強度表現出約11年週期變化的特徵，目前太陽正處於第25活動周的極大年。在此期間，太陽表面黑子數量顯著增加，磁場結構更加複雜，耀斑和日冕物質拋射等劇烈活動頻繁發生，對地球空間環境的影響顯著增大。太陽的爆發活動可能會導致地球極光範圍向中低緯度擴展，甚至影響到中緯度地區的電網、衞星、通信和導航系統等。

為深入理解這些爆發活動背後的物理機制，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”及風雲衞星等，也參與觀測太陽活動及其對地球的影響。在不久的將來，科研人員還將構建太陽立體監測體系，以進一步揭示太陽大氣中發生的物理過程，並提升對太陽活動的預測能力，更好應對太陽風暴影響，減少對航天器及地面電力系統等重要設施的潛在威脅。科學家對太陽奧秘的揭示，不僅有助於提升我們對恆星活動及行星宜居性的認知，還將為人類通往深空的旅程保駕護航。

（作者張葦杭 田暉  單位：北京大學地球與空間科學學院）