2017年，90岁的帕克在芝加哥大学。（图片来源www.news.uchicago.edu/story）
伟大的日球层物理学家、天体物理学家，尤金·帕克（Eugene Parker）先生于当地时间2022年3月15日去世。
来源"引力天文（id：GravityAstronomy）
撰文|苏威
编辑|小R君
Parker职业生涯最精彩一战
帕克的研究范围很广，他在太阳磁场的产生、太阳爆发、太阳风、日球层磁场、日地相互作用、宇宙线、银河系磁场、磁单极子等领域，做出了一批开创性的成果。帕克的人生极为精彩，其中最为精彩的一战是预言了太阳风[1]。
在1950年代，以当时的日地物理权威英国物理学家查普曼（Chapman）为代表的科研共同体认为，太阳大气的形态与地球大气类似，可以由太阳大气（日冕）受到的引力与日冕高温产生的向外膨胀的力的平衡所描述，最终形成了静止的太阳大气。古人就已发现，彗星除了在飞行方向的身后有一条尾巴，1950年代初，德国科学家路德维希·比尔曼（Ludwig Biermann）发现，在背向太阳方向还有第二条尾巴[2，3，4]。1956年，比尔曼访问芝加哥大学空间与天体物理实验室，介绍了他的发现。并把背向太阳的尾巴解释为从太阳源源不断流出了一些物质吹拂彗星所形成。但是，比尔曼的解释并没有让芝加哥大学空间与天体物理实验室的老大约翰辛普森（John Simpson）信服，他让自己的小弟帕克去check一下。
帕克从平衡方程出发，check静态太阳大气模型。
这次check并不难。如果查普曼的理论是正确的，那么太阳大气受到的引力和热压梯度力之间是平衡的。考虑到日冕的温度高达100万度在1943年就已被瑞典物理学家艾德伦（Bengt Edlén）证实[5]，以及查普曼在1954年得到的高温日冕的热导率[6]。帕克在文章中只考虑最简单的一维情况，却发现出了大问题。在无穷远处太阳大气的压强比星际介质的压强要大好几个量级。由此，帕克推测，对于日冕，甚至所有恒星气体，引力与热压梯度力之间的平衡并不存在。
帕克推导出太阳风的第一个方程。
很自然的，帕克放弃了查普曼的太阳静止大气模型，而认为日冕是不断向外膨胀的。由此，帕克建立了新的太阳大气模型，并得出了日冕物质会持续从太阳流出并不断加速。帕克后来把这个解叫做太阳风（Solar Wind），并算出太阳风在地球附近的速度是几百公里每秒。
帕克在1958年文章中预言太阳风的速度。
但是这篇文章的投稿并不顺利，首先，在投稿之前，帕克的老板辛普森就不认同这个结果，而更愿意相信权威查普曼的静态大气模型，最后要求帕克这篇文章不要挂他的名字。这篇文章在投稿到《天体物理学报（ApJ）》后连续被拒了几次。后来帕克的同事，也是ApJ的主编钱德拉塞卡（Chandrasekhar）亲自出马（传闻两人在同一间办公室共事过），钱德拉塞卡虽然没有看文章中的推导有任何问题，但还是对帕克的结果抱有怀疑。并找帕克确认：“你确定你的计算没有问题么？”也许是帕克坚定的回答，又或是钱德拉塞卡曾经被老板爱丁顿残酷打压的经历让他能怜悯帕克的处境，让钱德拉塞卡决定帮帕克一次。事后证明这次走后门是无比正确的。1959年，前苏联的月球3号卫星，1961年美国的探测者10号卫星，都发现了太阳风的证据，1962年，美国的水手2号卫星，最终确认了太阳风的存在。后来尤利西斯（Ulysses）卫星在1994年穿过太阳南极，1995年穿过太阳北极，给出了至今为止最好的太阳风参数的三维分布图。
Ulysses卫星得到的太阳风参数在垂直黄道面的分布。
Parker职业生涯的经典之作
除了帕克为之命名的太阳风（Solar Wind），帕克还有一批开创性的成果是以之命名：帕克输运方程（Parker transport Equation），帕克螺旋线（Parker spiral），帕克不稳定性（Parker instability），帕克极限（Parker limit）。
帕克从1950年代开始宇宙线的研究，在1965年提出了帕克输运方程[7]，是现在研究宇宙线输运/调制的标准模型。
1956年的IAU大会上，Sweet构建了反平行磁场结构，并用反平行磁场的湮灭以解释太阳耀斑爆发[8]。随后帕克迅速把Sweet的想法数学化[9]，后来被称为Sweet-Parker机制，也是第一代成功的快速磁场湮灭机制。磁场湮灭现在也有了学名“磁场重联”，至今依然是日球层物理、等离子体物理领域的研究热点，帕克的这个工作是磁场重联的两篇奠基型文章之一。
帕克螺旋线（Parker spiral， 1958太阳风文章）和行星际磁场。
1955年帕克用磁流体力学（MHD）理论建立的发电机理论去解释太阳磁场的起源[10]，现在是太阳、恒星、地球等各种天体磁场起源的经典文献。同年，帕克用磁流体发电机机制解释太阳黑子形成[11]。在1958年帕克人生最重要的太阳风文章里也得到了日球层的磁场结构，后被称为帕克螺旋线[1]。同年，他研究了太阳风和地球磁场的相互作用[12]。他在1960到70年代，他把发电机理论和磁流体理论引入到星系和恒星磁场的研究中，在星系和恒星磁场的起源和结构领域发表了系列文章[13，14，15]；在这里，帕克把1955年研究太阳黑子形成的Magnetic Buoyancy Instability引入到星系磁场中，后被称为帕克不稳定性。帕克在70-80年代开始研究宇宙中的磁单极子[16，17，18，19]，并留下磁单极流量极限：帕克极限。
帕克的主要成就。
帕克的主要成就有如下几个方面：太阳风，宇宙线的输运和调制，日球层、太阳和星系磁场，磁流体力学（MHD）理论的拓展和应用，磁场重联。帕克在诸多领域的开创性工作，现在每一项都引领着成百上千人在他所开辟的道路上继续工作。
2018年，以帕克名字命名的太阳观测卫星“帕克太阳探针”（Parker Solar Probe）上天，这是至今为止NASA唯一次以在世的科学家命名的卫星。以伟大的太阳物理学家命名的探测器和太阳有了最亲密的接触。
Parker的个人奋斗与历史的进程
一个人的成功需要结合个人的奋斗与历史的进程。
帕克的个人奋斗持续了整个职业生涯。帕克1951年博士毕业，博士毕业时并没有发文章。但是毕业之后帕克就以平均一年3-5篇文章的速度开始爆发了。帕克一生发表了300多篇文章，且绝大部分文章只有一个作者。特别地，帕克有多篇文章极具开拓性，帕克在这些工作中展现了强悍的物理直觉和数学功底。
在提出太阳风的文章中，帕克在物理直觉上完虐其他所有选手。考虑到太阳大气百万度的高温，和比尔曼观测到的背向太阳方向的彗尾，是不难推测出从太阳吹出的外流粒子。但在1950年代，恒星结构与演化理论已经成熟，钱德拉塞卡、李政道等人的工作[20，21]让恒星是引力与压力平衡的观念深入人心，所以查普曼的静态太阳大气模型是更符合当时天体物理学家的口味的。磁流体理论的创立者，诺贝尔奖获得者阿尔芬（Alfvén）也尝试解释第二条彗尾[22]。但是最终得到太阳风解的是帕克，他在太阳风的工作中展现出独领风骚的物理直觉。
年轻的阿尔芬（Alfvén），磁流体力学（MHD）理论的创立者。
在提出Sweet-Parker模型的过程中，帕克展现了彪悍的数理功底。Sweet在1956年的IAU大会上就提出了他的磁重联模型，用以解释太阳耀斑爆发，但是他的模型并不是定量的。会后，帕克迅速给出了完整的Sweet-Parker模型的数学表示，并在1年后发表，而Sweet的文章要等到1958年才正式和大家见面，反而落后了帕克1年。
历史的进程状况是：1950年代，帕克开始职业生涯时物理学还处于革命的时代，磁流体理论刚建立不久，他参与到了磁流体理论的拓展和应用中。阿尔芬在1942年提出了阿尔芬波[23]，后建立了磁流体理论。磁流体力学方程组是麦克斯韦方程组（Maxwell Equations）+流体力学。麦克斯韦方程组真正展现出的威力是电气和信息时代无数的科学家和工程师共同努力的结果。磁流体力学方程组展现威力是在日球层物理和等离子体物理领域，而这其中有一半的功劳要归帕克所有。帕克还把磁流体理论拓展到星系的研究。
在1950年代之前，人类感知星空的方式只有视觉，而在1950-60年代开始的太空竞赛，让人类开始了用触觉感知宇宙的时代。在太空时代初期，人类无论摸到什么都会感到亢奋，一切都是新奇的，辐射带就是在这样的背景下被发现的。令人亢奋的发现又不断刺激着人类向外扩张的欲望，现在飞出太阳系的卫星仍只有1977年发射的旅行者1、2号。那个时代的精神是外向的。
Parker的时代&我们的时代
帕克的文章简洁、深刻，这也是那个时代的风格。不确定是帕克那批科学家给时代留下的烙印，还是时代给他们留下了“简洁且深刻”的机会。帕克与钱德拉塞卡是两位非常类似的科学家，虽然两人的研究领域相差甚远。两人最重要的工作都是从最基础的理论出发，得到重要的结果。钱德拉塞卡考虑引力和电子简并压的平衡得到了白矮星质量上限，帕克考虑引力与太阳大气压力的关系得到了太阳风。不同的是，白矮星离人类太远，至今仍有神秘感，而太阳风就包裹在地球周围，早已被人类知晓。除此，两人的人生轨迹也有许多相似，都是年少成名，却不被大佬认可。钱德拉塞卡被老板爱丁顿无情打压，后远渡重洋，与帕克在芝加哥大学成为了同事，后来也在帕克不被大佬认可时拉了帕克一把。两人的职业生涯都跨越了几个领域，并在不同领域都做出了杰出的贡献。钱德拉塞卡等了50多年终于得到了诺贝尔奖，可惜帕克没有等到就仙逝了。参照最近几年的诺贝尔奖，帕克只要活着，拿奖就是迟早的事。
钱德拉塞卡（Chandrasekhar）在芝加哥大学。（图片来源www.news.uchicago.edu/story）
如今人类已向太空中发射了上百颗科学卫星。老实说，21世纪空间项目的发现所带来的快感是远不如20世纪太空竞赛时代的。虽然探测技术一直在进步，但与上世纪相比并没有革命性的突破，科学发现的边际效应在逐渐显现。美苏争霸期间国家意志让人类首次触摸到了太空，但冷战结束以来，人类在太空中的领地是在收缩的。如何让太空探索变成一个可持续性的事业还需要别的驱动力，除了好奇心。人类也曾无数次的走向海洋，又无数次的退回来，比如郑和下西洋。最后改变人类文明进程的是被利益驱动的哥伦布和几艘破船。利益驱动或许是我们这个时代的机会。马斯克几乎凭一己之力让人类把一部分注意力放回太空，回到他少年时的时代，有钱真好。但如何坚持到下一次技术革命还需要人类自身的奋斗和宇宙的眷顾。
帕克仙逝了，帕克的贡献将影响每一位追逐星辰大海的人。
参考：
[1] Parker， Dynamics of the Interplanetary Gas and Magnetic Fields。 Astrophysical Journal， vol。 128， p.664， 1958
[2] Biermann， Kometenschweife und solare Korpuskularstrahlung。 Zeitschrift für Astrophysik， Vol。 29， p.274， 1951
[3] Biermann， Über den Schweif des Kometen Halley im Jahre 1910。 Zeitschrift für Naturforschung A， Volume 7， Issue 1， pp.127-136， 1952
[4] Biermann， Solar corpuscular radiation and the interplanetary gas。 The Observatory， Vol。 77， p。 109-110 （1957）， 1957
[5] Edlén， Die Deutung der Emissionslinien im Spektrum der Sonnenkorona。 Mit 6 Abbildungen。 Zeitschrift für Astrophysik， Vol。 22， p.30， 1943
[6] Chapman， The Viscosity and Thermal Conductivity of a Completely Ionized Gas。 Astrophysical Journal， vol。 120， p.151， 1954
[7] Parker， The passage of energetic charged particles through interplanetary space。 Planetary and Space Science， Volume 13， Issue 1， p。 9-49。 1965
[8] Sweet， The Neutral Point Theory of Solar Flares。 Electromagnetic Phenomena in Cosmical Physics， Proceedings from IAU Symposium no。 6。 Edited by Bo Lehnert。 International Astronomical Union。 Symposium no。 6， Cambridge University Press， p.123， 1958
[9] Parker， Sweet‘s Mechanism for Merging Magnetic Fields in Conducting Fluids。 Journal of Geophysical Research， vol。 62， issue 4， pp。 509-520， 1957。
[10] Parker， Hydromagnetic Dynamo Models。 Astrophysical Journal， vol。 122， p.293， 1955
[11] Parker， The Formation of Sunspots from the Solar Toroidal Field。 Astrophysical Journal， vol。 121， p.491， 1955
[12] Parker， Interaction of the Solar Wind with the Geomagnetic Field。 Physics of Fluids， Vol。 1， p.171-187， 1958
[13] Parker， The Dynamical State of the Interstellar Gas and Field。 Astrophysical Journal， vol。 145， p.811， 1966
[14]Parker， The Generation of Magnetic Fields in Astrophysical Bodies。 II。 The Galactic Field。 Astrophysical Journal， vol。 163， p.255， 1971
[15]Parker， The generation of magnetic fields in astrophysical bodies。 X。 Magnetic buoyancy and the solar dynamo。 Astrophysical Journal， vol。 198， May 15， 1975， pt。 1， p。 205-209， 1975
[16] Parker， The Origin of Magnetic Fields。 Astrophysical Journal， vol。 160， p.383， 1970
[17] Turner， Parker， & Bogdan， Magnetic monopoles and the survival of galactic magnetic fields。 Physical Review D （Particles and Fields）， Volume 26， Issue 6， 15 September 1982， pp.1296-1305， 1982
[18] Parker， Galactic magnetic fields and magnetic monopoles。 Monopole ‘83， p。 125 - 136， 1984
[19] Parker， Magnetic Monopole Plasma Oscillations and the Survival of Galactic Magnetic Fields。 Astrophysical Journal v.321， p.349， 1987
[20] Chandrasekhar， The Maximum Mass of Ideal White Dwarfs。 Astrophysical Journal， vol。 74， p.81， 1931
[21] Lee， Hydrogen Content and Energy-Productive Mechanism of White Dwarfs。 Astrophysical Journal， vol。 111， p.625， 1950
[22] Alfvén， On the theory of comet tails。 Tellus， 9， 92 （1957）， 1957
[23] Alfvén， Existence of Electromagnetic-Hydrodynamic Waves。 Nature， Volume 150， Issue 3805， pp。 405-406 （1942）， 1942
[24] 本文参考了Forrest Mozer教授为Parker教授提名Crafoord Prize写的推荐信
[25] 李会超在2018年PSP上天时写的Parker与太阳风的故事比本文的第一部分更为精彩，欢迎大家跳转。
[26] 最近各大微信公众号关于Parker的文章欢迎大家跳转，如王善钦等人的文章。
本文转载自公众号“引力天文”（id：GravityAstronomy）
