太陽大氣層存在一個(gè)顛覆常識(shí)的現(xiàn)象，即太陽表面（光球?qū)樱囟燃s5500°C，而最外層日冕的溫度卻高達(dá)上百萬攝氏度以上。這種“溫度倒掛”現(xiàn)象自1942年被瑞典天文學(xué)家通過日食光譜發(fā)現(xiàn)以來，其形成原因和具體機(jī)制困擾科學(xué)家多年，現(xiàn)在終于被解決了！

上世紀(jì)50年代，美國(guó)科學(xué)家尤金·帕克提出了“磁重聯(lián)”理論，他認(rèn)為日冕的能量源于太陽磁場(chǎng)的劇烈活動(dòng)，當(dāng)太陽大氣中的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，磁力線“斷開”再“重新連接”，這一過程中磁能會(huì)迅速轉(zhuǎn)化為熱能和粒子動(dòng)能，從而引發(fā)突發(fā)、短暫、大規(guī)模的能量釋放。這一過程可加熱日冕并增強(qiáng)太陽風(fēng)，可形成破壞性的太陽風(fēng)暴。

雖然磁重聯(lián)理論早已獲得科學(xué)界的認(rèn)可，被認(rèn)為在太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射等劇烈爆發(fā)活動(dòng)的快速能量釋放中起到了關(guān)鍵作用，是太陽風(fēng)暴的直接誘因。但受限于觀測(cè)技術(shù)，其在日冕中的具體表現(xiàn)始終成謎。

直到2018年，以尤金·帕克命名的太陽探測(cè)器的發(fā)射，徹底改變了這一局面。憑借前所未有的近距離觀測(cè)能力，帕克太陽探測(cè)器在2022年9月6日首次穿越太陽大氣中的磁重聯(lián)區(qū)域，直接捕捉到磁場(chǎng)線斷裂與重組的瞬間。那次歷史性飛掠中，帕克探測(cè)器穿越了一個(gè)持續(xù)約10分鐘的磁重聯(lián)區(qū)域，儀器記錄到磁場(chǎng)強(qiáng)度驟降、等離子體溫度飆升至上百萬攝氏度，以及高能粒子束的噴射。

美國(guó)科羅拉多州博爾德市西南研究院團(tuán)隊(duì)分析相關(guān)數(shù)據(jù)后證實(shí)，這一過程釋放的能量足以解釋日冕的極端高溫，并為太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射提供動(dòng)力。目前相關(guān)研究成果已發(fā)表在《自然?天文學(xué)》雜志上，這標(biāo)志著困擾科學(xué)界多年的磁重聯(lián)謎題差不多被解決了。

研究發(fā)現(xiàn)，磁重聯(lián)可通過納米耀斑、阿爾文波等機(jī)制加熱日冕。

磁重聯(lián)過程中產(chǎn)生的納米耀斑是規(guī)模比普通耀斑小得多的爆發(fā)事件，雖然單個(gè)納米耀斑釋放的能量較少，但其可能大量、頻繁發(fā)生，為日冕提供穩(wěn)定的能量補(bǔ)給，從而維持日冕的高溫。此外，磁重聯(lián)還常伴隨阿爾文波的激發(fā)與耗散，這些由磁重聯(lián)過程激發(fā)、分布在太陽表面的磁流體波，通過湍流等方式耗散，可將能量逐級(jí)傳遞，進(jìn)而加熱色球?qū)蛹案叩娜彰釋印?/p>

太陽對(duì)地球生命至關(guān)重要，其活動(dòng)對(duì)人類影響深遠(yuǎn)！特別是在現(xiàn)代社會(huì)，人們的生產(chǎn)、生活高度依賴電力、通信、衛(wèi)星等，而太陽劇烈活動(dòng)所形成的太陽風(fēng)暴有可能影響它們的正常運(yùn)行，因此很有必要對(duì)太陽活動(dòng)進(jìn)行深入了解，從而開發(fā)出更準(zhǔn)確的模型，對(duì)其進(jìn)行精確預(yù)測(cè)。

帕克探測(cè)器的原位測(cè)量，已獲取許多關(guān)鍵數(shù)據(jù)。用這些數(shù)據(jù)所開發(fā)的模型，除了可以更精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)太陽劇烈活動(dòng)，還可以被用于理解其他恒星的活動(dòng)，例如通過類比太陽風(fēng)，天文學(xué)家已能推測(cè)系外行星“超級(jí)地球”的大氣逃逸速率。

帕克探測(cè)器最近時(shí)，離太陽表面僅數(shù)百萬公里，已進(jìn)入日冕層。雖然日冕物質(zhì)溫度高達(dá)上百萬攝氏度，但物質(zhì)密度和能量密度極低，只要配備足夠優(yōu)秀的熱防護(hù)和散熱系統(tǒng)，采用耐高溫、耐輻射的儀器設(shè)備，探測(cè)器就能夠在這種極端環(huán)境下正常工作。例如，該探測(cè)器配備的直徑2.4米、厚11.4厘米的碳復(fù)合泡沫隔熱罩，不僅可以高效反射太陽輻射，還可承受上千攝氏度的高溫。

而為了靠近太陽又不被其引力捕獲，帕克探測(cè)器采用了“蕩秋千”式的軌道，多次借助金星引力加速和調(diào)整軌道，這才使探測(cè)器對(duì)太陽成功實(shí)施20多次近距離飛掠。在近距離飛掠太陽時(shí)，其速度曾一度高達(dá)192公里每秒，這是迄今人造物體所達(dá)到的最快速度。

盡管帕克探測(cè)器已取得里程碑式成果，但其科學(xué)使命遠(yuǎn)未結(jié)束。在推進(jìn)劑耗盡前，探測(cè)器將繼續(xù)圍繞太陽運(yùn)行，重點(diǎn)觀測(cè)太陽新一輪活動(dòng)高峰期，捕捉更多太陽活動(dòng)的細(xì)節(jié)。