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描绘太阳磁场图景,帕克找到新“拼图”

2020-01-0711:24:14来源:科技日报

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从盘古左眼化作太阳的古老神话,到夸父逐日、后羿射日的遥远传说,神秘莫测的太阳之火点燃了人类的各种想象,激发着古往今来不曾休止的探索欲望。

2018年8月,人类终于实现了“触摸”太阳的伟大梦想。具有历史意义的帕克太阳探测器(Parker Solar Probe,以下简称帕克)由德尔塔4重型火箭发射升空,踏上了奔赴太阳的漫长征途。

如今,帕克离开地球1年多了,它已3次近距离接触太阳,创下了人造航天器的多项纪录,成为当之无愧的人造航天器中的大哥。

近日,《自然》杂志上发表的4篇论文,展示了帕克靠近太阳时观察到的一些结果。帕克大哥,究竟发现了什么?

帕克“盲人摸象”探磁场

“帕克这次最重要的一个成果就是证实了低速太阳风起源于冕洞。”中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地团队主任兼总工程师邓元勇在接受科技日报记者采访时表示。

为什么在帕克之前,低速太阳风的起源没有得到证实呢?

首先,太阳风本身很难追踪。“一般来说,太阳风离开日冕层以后我们才能跟踪观测它,所以它从哪里来,就不清楚了。就好比说,当我们看见龙卷风的时候,龙卷风已经形成,但并不知道龙卷风来源于何处。”中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地团队研究人员表示。

其次,与高速太阳风相比,低速太阳风较难找到标识物。专家解释道,因为高速太阳风一般和太阳上的剧烈活动现象相关,而这类现象比较容易确认位置,但低速太阳风就比较难找到这么明显的标识物。

这一次,帕克直奔太阳而去,因而能够提供低速太阳风起源于冕洞的直接证据。

他们表示,从某种意义上来说,帕克之所以受到关注,也主要是因为它能与太阳“亲密接触”,而这本身就是划时代的成果。

此外,帕克还发现了太阳磁场反转的现象。

对此,邓元勇告诉记者:“只能说帕克是观测到了磁场反转的现象。这种现象在科学上有多大意义,还需要看造成现象的原因是什么。”

他表示,目前,科学界对于帕克观测到的磁场反转这一现象原因的解释,还没有形成定论。“出现这一状况的主要原因是因为帕克的探测是‘就位’(in situ)探测,从这一点来看,它具有划时代意义,即人类真的把探测器送到太阳上;但这同时也是帕克的局限性所在,因为它只能探测它所在的‘点’的信息,但太阳风覆盖的太阳系空间是一个完整的因果链,帕克的‘就位’探测就好比‘盲人摸象’。所以,要想得到完整的物理图像,帕克任重而道远。”

空间地面观测各有优势

我国的怀柔太阳观测基地开展的工作主要涉及太阳磁场速度场形态演化、磁场非势特征、磁螺度观测与理论、小尺度(弱)磁场及磁场内禀性质和基于矢量磁场观测的太阳大气三维重构等方向,近年来还拓展了太阳发电机、日震学等理论研究。

虽然都是观测太阳磁场,但怀柔基地侧重的是测量太阳表面(光球层)的磁场,而帕克关注的是日冕层到地球空间这一部分的磁场。“如果把研究太阳磁场看作拼图,帕克与怀柔基地的工作是互相补充,再加上近地空间的诸多其他观测,最终目的是为了拼出一块完整的太阳—地球空间的磁场图。”邓元勇表示。

据介绍,我国的太阳观测目前仅为地基观测,未来数年将实现近地轨道卫星平台的空间观测。如果能够飞到太阳的极区去看看,这将是令世界瞩目的一项探测工程,也是世界航天大国的太阳和空间物理工作者竭力争夺的高地。

过去20多年来,怀柔基地的研究者们致力于研究太阳磁场结构的复杂性,及其与太阳活动之间的关系。

“太阳磁场的复杂性可以用磁螺度等参数来描述。螺度这个概念,有个简单的理解,就好比绳子被打了结,扭作麻花,绳结越多表示结构越复杂。我们的一部分工作,可以说是在揭开绳结背后的机制。近年来,在磁螺度的研究方面我国太阳物理工作者作出了显著贡献,居于世界前列。”中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地团队负责人向科技日报记者透露。

专家表示,电磁相互作用导致的太阳剧烈活动是灾害性空间天气事件的源头,太阳磁场研究不仅具有科学意义,而且对人类活动也有重要的现实意义。

责任编辑:姜泽菲(EK010)

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