点击右上角微信好友

朋友圈

点击浏览器下方“”分享微信好友Safari浏览器请点击“”按钮

正在阅读:“帕克”太阳探测器成果首秀 太阳风谜团有望破解?
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

“帕克”太阳探测器成果首秀 太阳风谜团有望破解?

来源:光明网2019-12-25 17:50

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  “帕克”太阳探测器(Parker Solar Probe,PSP)又译派克太阳探测器,是约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(APL)和美国宇航局(NASA)共同研制的一颗绕日无人探测卫星。最近,“帕克”太阳探测器发现了太阳风中的奇怪速度尖峰——粒子在那里加速并改变了太阳风的磁场方向。该探测器还观测到环绕太阳旋转的太阳风的速度比预期的要快,这意味着科学家对于恒星如何随着年龄增长而减慢自转速度的理解可能需要改进。一直以来科学家们都密切关注着太阳风的变化,那么什么是太阳风?“帕克”太阳探测器下一步目标又是什么?听听中国科学院院士汪景琇怎么说~

  Q:“帕克”太阳探测器的首批成果揭示了什么问题?

  汪景琇:依据帕克太阳探针最初两次绕日飞行,特别是在近日点附近的局地实测和成像观测数据,太阳和空间物理学家取得了首批重要发现。

“帕克”太阳探测器成果首秀 太阳风谜团有望破解?

  图1 “帕克”太阳探测器

  一个最重要的发现,是太阳风的磁场会出现时标为几分钟的局地极性反转,表现为S-型磁场扭曲随太阳风的快速传播,磁场反转与太阳风局地等离子体径向速度的高速尖峰相联系,并伴有等离子体密度和电磁能流(坡印廷流量)密度的快速增长;另一个没有想到的结果,是环绕太阳旋转的太阳风的速度比早先理论预言的速度快得多,太阳风可能带走更多的能量和角动量。“帕克”太阳探测器还探测到了丰富的等离子体天体物理过程,包括太阳风中电磁场的脉动,离子和电子的微观不稳定性等。

  抵近太阳的成像观测还诊断出日冕物质抛射的磁绳结构和理论预言的太阳风电流片中的等离子团和磁岛等结构。

  Q:太阳风是什么?对人类生活会产生什么影响?为什么要研究它?

  汪景琇:谈到太阳风,不能不先说说太阳等离子体。等离子体是固体、流体、气体之外物质存在的第四种状态。当物质被加热到足够高的温度时,组成中性原子的带正电荷的离子和带负电荷的电子会脱离相互束缚,离解成自由移动的粒子,等离子体是由总体保持电中性的自由移动的离子和电子组成的。

  太阳风是指从太阳外层大气膨胀到整个行星际空间的、由离子和电子组成的高温等离子体流。高速太阳风(>500公里/秒)来自太阳极区开放型磁场(被称为极区冕洞)的区域。本次“帕克”太阳探测器探测的是低速太阳风,是从太阳赤道附近的一个具有开放性磁场的低纬冕洞流出的。

  太阳风是发生在太阳外层大气中一个最基本的物理过程,对太阳作为恒星的演化、太阳系的形成和结构、人类生存的近地环境都有重要的影响。作为高速外流的高温等离子体,这一过程对其它恒星(星风)、星系(星系风)都有普遍性。理解太阳风的起源是天体物理中一个重要课题。

  太阳风作为联系太阳和地球的纽带和媒介,对决定太阳扰动,包括剧烈太阳活动对地的传播和影响过程都有非常实际的意义。例如,一个重大的日冕物质抛射(在行星际被称为磁云)事件是否能影响地球环境,要多长时间能撞击地球的磁层,是否会造成空间天气灾害,不仅取决于日冕物质抛射本身的速度、等离子体密度、磁场方向和强度等,还取决于背景太阳风的性质、结构及其与日冕物质抛射的相互作用。

“帕克”太阳探测器成果首秀 太阳风谜团有望破解?

  图2 太阳风对地球磁场的影响示意图

  Q:人类是否有能力消除太阳风的影响?

  汪景琇:太阳通过自己的电磁辐射和太阳风粒子辐射控制和影响太阳系。太阳风充满整个行星际空间,人类不可能消除太阳风的影响。

  太阳风中有一个与太阳活动相联系的大尺度瞬变分量,即前面提到的日冕物质抛射。后者常常与太阳耀斑和太阳暗条爆发同时或相继发生,驱动强烈的地磁暴等灾害性空间天气,对地球空间环境和人类高技术系统产生重要影响。由于涉及的能量巨大,人类尚无法控制日冕物质抛射,但是可以研究、理解并最终预测其发生发展,并找到规避的方法。这是太阳物理学者面临的重大基础研究课题和担负的重要使命。

  Q:日冕加热问题2012年被《科学》杂志列为当代天文学八大未解之谜之一,什么是日冕层?此次发现对解决这个问题是否有帮助?

  汪景琇:日冕是太阳最外层的大气,位于太阳光球、色球和过渡区之上,向外一直扩展到行星际空间。其边界没有严格的定义,依太阳活动水平而有所变化。按照最近的太阳大气模型,对没有太阳活动的宁静太阳,日冕底边界在太阳表面(温度极小区附近)之上约4万公里。在日全食时,当日冕仪的遮光板遮住了明亮的太阳光球和色球,人们看到的是银灰色的、扩展的日冕。

“帕克”太阳探测器成果首秀 太阳风谜团有望破解?

  图3 太阳大气层结构示意图

  日冕的温度在百万度之上,而太阳表面的温度只有6千度左右,与地球大气“高处不胜寒”的常识相反,是挑战性的科学难题。而且由于日冕的密度很低,日冕的温度不是我们通常理解的热力学温度,是通过原子多次电离和大量禁戒能级跃迁光谱来量度的。

  “帕克”太阳探测器尽管实地探测到了日冕的百万度高温,但其最初的成果与解密百万度日冕尚没有直接的联系,但它却提供了一些可能值得注意的导致日冕加热的线索。例如低速太阳风磁场的局地快速反变和相伴的电磁能流密度的增长,太阳风电磁场脉动及等离子体微观不稳定性,阿尔文波类扰动等的证认,都值得进一步的实测努力和理论探索。期待在越来越抵近太阳的征程中,“帕克”太阳探测器取得解密日冕加热的决定性结果。

  Q:太阳的磁极每22年变换一次,但从探测器中发现太阳的磁场在靠近其表面时变得不稳定,这可能是什么原因?

  汪景琇:太阳的磁周期是22年,其普遍磁场的极性分布每22年重复一次。“太阳的磁极每22年变换一次”,是对太阳的普遍磁场而言的。

  “帕克”太阳探测器在穿越由一个低纬冕洞流出的太阳风时,测到了时标为几分钟的局地磁场反变,与太阳普遍磁场的22年磁周期没有关系。慢速太阳风中观测到的磁场极性反转,很大可能是来自冕洞内部的小尺度磁场的双极浮现,是导致的等离子体喷流和扰动进入太阳风的结果。

  Q:接下来它的探测目标是什么?

  汪景琇:“帕克”太阳探测器有两个最基本的科学目标:1)解开百万度高温日冕产生之谜;2)找到太阳风即太阳能量粒子流的源头,同时探寻和诊断日冕中以太阳活动初发为特征的爆发式磁能释放的机理。目前,它刚刚绕日3周,还会在未来6年绕日21周并越来越抵近太阳进行探测,最终在离日面约9个太阳半径处进行实地测量和成像观测,完成人类历史上触摸太阳的壮丽征程,实现诗人屈原两千多年前“折若木以拂日兮”的伟大畅想!(蔡琳)

  受访专家:汪景琇,中国科学院院士,中国科学院国家天文台研究员,中国科学院大学资深讲席教授,《Research in Astronomy and Astrophysics》联合执行主编。

[ 责编:张梦凡 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 壶口瀑布迎来暑期旅游高峰

  • 浙江舟山:东海开渔 千帆出海

独家策划

推荐阅读
极端天气正在深刻影响各国民众的生活选择,而中国的绿色产品正在其中扮演越来越关键的角色。
2026-08-12 10:23
近日,山东省青岛市首家机器人6S体验店开业,吸引众多消费者前来参观体验。
2026-08-12 10:21
近日,中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代研究团队副研究员要乐、王秋来与中国科学院青藏高原研究所副研究员魏强合作,首次系统揭示了地球倒数第二次大冰期的完整过程与机制。
2026-08-12 10:20
北京大学周丰教授、王旭辉研究员团队揭示极端高温影响水稻产量的新机制,相关成果于近日发表。
2026-08-12 10:16
增强科技创新体系化攻关能力,就是要以系统思维统筹国家创新体系的各类主体、各个环节、各项要素,构建安全可控、高效协同、良性循环的创新生态,提升国家创新体系整体效能。
2026-08-12 09:59
如果一个人童年时曾遭遇不幸和逆境,常让他在成年后面对风浪时,更容易陷入焦虑、抑郁等情绪障碍。目前,人们还没有能治疗童年逆境对大脑深远影响的办法,其中一个重要原因,就是过去没弄清背后的分子机制。
2026-08-11 09:41
日前发布的《加快农业农村现代化“十五五”规划》,将粮食综合生产能力确定为约束性指标,明确提出粮食综合生产能力从2025年的1.39万亿斤,提升到2030年的1.45万亿斤左右。在汶上县,2025年粮食种植面积稳定在150万亩、产量超过14亿斤;今年小麦平均亩产581.5公斤,眼下秋粮玉米长势喜人。
2026-08-11 09:39
氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源。氢能能量密度大,在长距离运输上有优势,被应用于公交客运、冷链运输、干线物流等场景。依托国家氢能示范城市群政策牵引,截至2025年底,我国氢燃料电池汽车累计销量近4万辆,氢燃料电池应用场景向矿卡、船舶、无人机、轨道交通等延伸。
2026-08-11 09:35
5月4日,人们在浙江省杭州市文三数字生活街区的AI黑科技市集上体验DeepSeek(深度求索)的人工智能大模型。从东南亚的政务服务到中东的能源行业,从欧美的初创企业到拉美的电商平台,中国大模型正在用实实在在的能力赢得全球用户的信赖。
2026-08-11 09:31
今年4月,上海极地考察国内基地,中国极地研究中心(中国极地研究所)极地船舶管理中心主任赵炎平望着完成考察任务的“雪龙”号,嘴角微微上扬,脸上洋溢着笑容。系统正式投运那一刻,孙宏斌说自己“很激动”,因为我国极地科考告别了40年的柴油依赖,率先迈入绿色能源新纪元。
2026-08-11 09:26
研究团队在实验室造了一个微型“知识世界”:图片是节点,关联概率是连线——像城市路网,有的路口四通八达,有的只有羊肠小道。罗欢说:“这意味着,那短短的先期接触,已经在大脑中搭起了一副以核心结构为支撑的压缩骨架。
2026-08-11 09:25
望远镜建起来后,让它们高效、智能、持续地产出高质量数据及成果,才是真正的挑战。而这道题的关键解法,就是人工智能。
2026-08-10 09:58
中国环流三号装置升级改造项目低温系统罐区14台大型储罐日前全部安装就位,标志着核聚变研究从零散单点技术攻关正式跨入多系统协同集成的工程化新阶段。
2026-08-10 09:57
近年来,我国加快布局空、海、潜一体化智能装备体系,构建起全域覆盖、自主可控的海洋立体安防网络,为海洋产业高质量发展筑牢安全屏障。
2026-08-10 09:55
当前,分散化、碎片化的创新模式已无法适应高水平科技自立自强的新要求,必须加快构建支持全面创新的体制机制,为发展新质生产力、确保2035年进入创新型国家前列提供澎湃动能。
2026-08-10 09:51
通用人工智能是人工智能发展的技术初心和前沿,是引领智能革命、重塑国家竞争力的战略制高点。新征程上,我们应勇担使命,积极探寻实现通用人工智能的中国道路。
2026-08-10 09:49
这不只是一幅地质图,还是一套中国自主的图例标准。
2026-08-07 09:48
最近不少“中国神器”在全球刷屏。这些出圈的国货新品,早已摆脱低端代工、低价走量的旧标签,折射出中国制造的创新迭代与品质跃升。国货新品不断出圈、新产业蓬勃发展的背后,是中国制造的硬核实力。
2026-08-07 09:47
今年7月,国家药监局批准全球首个选择性食欲素2型受体激动剂上市,用于治疗16岁及以上青少年和成人1型发作性睡病。5月,恒瑞医药与百时美施贵宝达成新药授权合作,确定性付款9.5亿美元……今年以来,我国新药的好消息不断。
2026-08-07 09:47
在数据要素赋能方面,2025年国家数据局发布了100个公共数据“跑起来”示范场景,联合19个部门组织举办2025年“数据要素×”大赛并发布241个典型案例。
2026-08-07 09:46
加载更多