美国国家航空航天局（NASA）的帕克太阳探测器在发射三年后，终于飞越了太阳的上层大气——日冕有史以来，人类的探测器第一次与太阳“亲密接触”。美国国家航空航天局（NASA）的帕克太阳探测器在发射三年后，终于飞越了太阳的上层大气——日冕，在那里采集了粒子样品并观测了磁场。
这是人类太空探索的里程碑事件，标志着帕克太阳探测器迈出了一大步，也是太阳科学的一大步。在上个世纪，阿波罗任务让人类登上了月球，后续的研究让科学家们得以了解月球的形成过程。与此类似，接触太阳的组成物质将帮助科学家发现有关太阳及其对太阳系影响的关键信息。
“帕克太阳探测器‘接触太阳’是太阳科学的里程碑，是一个真正了不起的壮举，” NASA科学任务理事会副主任托马斯·祖布钦说，“这一里程碑不仅让我们对太阳的演化及其对太阳系的影响有了更深入的了解，另一方面，对我们这颗恒星的了解也会让我们更多地了解宇宙中的其他恒星。”
帕克探测器在靠近太阳表面，尤其是进入太阳风内部时取得了新的发现，这是其他距离较远的航天器无法观测到的。太阳风是来自太阳上层大气的超高速带电粒子流，能够影响我们在地球上的日常生活。2019年，帕克探测器发现在太阳风内部存在一种经常快速改变方向的磁场结构，被天文学家称为“折返”（switchback）。这种磁场结构在太阳附近非常丰富，但它们是如何形成的，在哪里形成，仍然是个谜。与当时相比，现在帕克太阳探测器到太阳的距离已经减半，近到足以接触太阳风的起源地：太阳表面。
帕克太阳探测器第一次穿过日冕，以及未来更多的近距离飞越，将为天文学家提供更多的数据，以了解那些无法从远处观测的现象。
美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室帕克探测器项目的科学家努尔·拉瓦菲说：“帕克太阳探测器飞得离太阳如此之近，已经能够探测到太阳大气的磁性层——日冕——的情况，这是我们以前从未做到的。我们在磁场数据、太阳风数据和视觉图像中，都看到了日冕存在的证据。现在，我们能够真切地看到探测器穿过日冕——在日全食期间可以观察到这一结构——的过程。”
正在接近太阳的帕克太阳探测器（想象图）比以往更近
帕克太阳探测器于2018年发射，其目的是在以往任何航天器都更近的距离上，探索太阳的奥秘。这一概念是在数十年前提出的，而在发射三年后，帕克探测器终于来到了太阳表面附近。
与地球不同，太阳的表面并不是固体，而是具有一个高温的大气层，由太阳物质组成，通过引力和磁力与太阳结合在一起。上升的热量和压力将这些物质逐渐推离太阳，使其到达一个临界点，那里的引力和磁场都微弱到无法将其维系。
这个点被称为“阿尔文临界面”（Alfvén critical surface），标志着太阳大气层的终结和太阳风的开始。携带能量并穿过阿尔文临界面的太阳物质变成了太阳风，在太阳磁场的牵引下穿越太阳系，到达地球和更远的地方。重要的是，在阿尔文临界面之外，太阳风移动得如此之快，以至于风中的波无法以足够快的速度返回太阳——它们的连接切断了。
到目前为止，研究人员还不确定阿尔文临界面的确切位置。根据远程观测获得的日冕图像估计，阿尔文临界面在距离太阳表面10到20个太阳半径，即690万到1380万公里之间。帕克探测器以螺旋形轨迹慢慢靠近太阳，在最后几次经过太阳时，探测器与太阳表面的距离始终低于20个太阳半径（地球到太阳距离的91%），从而处于穿越阿尔文临界面的位置——如果估计正确的话。
2021年4月28日，帕克探测器在第8次飞越太阳时遇到了特殊的磁场和粒子情况，此时它距离太阳表面约18.8太阳半径（约1300万公里）。这意味着，它首次越过了阿尔文临界面，终于进入了太阳的大气层。
“我们对此有充分的预期，帕克探测器迟早会穿过日冕，至少维持一小段时间，”美国密歇根大学教授、BWX Technologies公司副首席技术官贾斯汀·卡斯帕说，“而令人兴奋的是，我们已经实现了这个目标。”在近期的《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上，卡斯帕作为第一作者对这项里程碑成就进行了阐述。
帕克太阳探测器在第9次时穿过日冕时，飞越了被称为“冕流”的结构。在上方的图片中，这些结构呈现为向上移动的明亮特征；在下方图片中，这些结构则向下倾斜。这样的景象只有在探测器飞过冕流上方和下方时才能看到。到目前为止，人们只能从远处观察冕流。在日全食期间，我们可以在地球上看到这些结构。进入“风暴眼”
在飞越过程中，帕克太阳探测器多次进出日冕。这证明了一些人的预测，即阿尔文临界面并不呈现光滑的球形。相反，其表面具有尖峰和低谷。探测结果发现，这些突出部分的位置与源自太阳表面的活动相一致，这可以帮助科学家进一步了解太阳活动如何影响太阳大气层与太阳风。
有一次，当帕克太阳探测器刚到达与太阳表面不到15个太阳半径（约1050万公里）的地方时，它穿过了日冕中一个被称为“伪冕流”（pseudostreamer）的特征。伪冕流是一种巨大的结构，从太阳表面升起，在日食期间可以从地球上观察到。
穿过伪冕流就像飞进了风暴眼。在伪冕流内部，环境变得安静下来，粒子速度变慢，“折返”的数量也减少了——与航天器在太阳风中通常遇到的粒子密集攻击相比，这是一个显著的变化。
帕克太阳探测器第一次发现自己处在一个磁场强大到足以控制粒子运动的区域。这些条件是探测器已通过阿尔文临界面并进入太阳大气层的决定性证据，在这一区域，磁场改变了一切事物的运动。
第一次穿越日冕只持续了数小时，是该任务中计划的许多次穿越之一。帕克将继续以螺旋形轨迹靠近太阳，最终到达距离太阳表面约8.86太阳半径（约616万公里）的地方。下一次近距离探测将在2022年1月，可能会让帕克太阳探测器再次穿过日冕。
“我很乐于见到帕克探测器在未来几年反复穿过日冕的过程中能发现什么，”NASA总部太阳物理学部门负责人尼古拉·福克斯说，“获得新发现的机会是无限的。”
日冕的大小也受到太阳活动的影响。随着大约11年的太阳活动周期逐渐活跃，日冕的外缘将扩大，使帕克太阳探测器有更大的机会在日冕内停留更长的时间。“这是一个非常重要，很值得深入的区域，我们认为，各种潜在的物理现象都可能出现，”卡斯帕说，“现在我们正进入这一区域，希望能看到一些这样的物理现象和行为。”
帕克太阳探测器逐渐接近太阳，在穿越未知区域的过程中获得了许多新的发现。这张图片显示了帕克太阳探测器取得一些里程碑意义的发现时与太阳的距离。确定“折返”的起源
甚至在帕克探测器第一次穿越日冕之前，一些令人惊讶的物理现象就已经出现了。在近期的飞越中，帕克太阳探测器收集了许多数据，确定了太阳风内部锯齿状结构，即“折返”的起源。数据显示，出现折返的一个地方是在太阳的可见表面——光球层。
当太阳风到达1.5亿公里之外的地球时，已经是一股由粒子和磁场组成的“无情狂风”。但最初，当太阳风挣脱引力从太阳表面逃逸时，它的结构呈零散的状态。在20世纪90年代中期，NASA和欧洲空间局（ESA）的尤利西斯号探测器飞越太阳两极，在太阳风的磁力线中发现了一些奇异的S形扭曲，这些扭曲导致带电粒子以Z字形路径逃离太阳。几十年来，科学家一直认为，这种偶尔出现的折返现象只存在于太阳的两极地区。
2019年，帕克太阳探测器发现，在距离太阳约34个太阳半径的地方，折返不仅不罕见，反而在太阳风内部十分常见。这重新激起了人们对这些特征的兴趣，也提出了新的问题：它们来自哪里？它们是在太阳表面形成的，还是由太阳大气层中某些磁场扭曲的过程形成的？发表于《天体物理学杂志》（Astrophysical Journal）上的新研究最终证实，折返的起源点之一就位于太阳表面附近。
这些线索来自于帕克探测器第6次飞越太阳时所获得的数据，此时它的轨道距离太阳不到25个太阳半径。数据显示，折返出现于小块区域中，而且其中氦的含量比其他元素要高。科学家已经知道，氦来自于太阳的光球层。当研究人员发现这些区域与磁漏斗对齐时，折返的起源范围就进一步缩小了。磁漏斗通常出现于光球层的对流细胞结构（称为超米粒组织）之间。
除了是折返的发源地，研究人员还认为磁漏斗可能是太阳风其中一个组分的来源。太阳风有高速和低速两种形式，从太阳的磁场极地附近吹出的是高速太阳风，从太阳的磁场赤道附近吹出的是低速太阳风。磁漏斗可能是高速太阳风内部一些粒子的来源。
加州大学伯克利分校教授、这篇新论文的第一作者斯图尔特·贝尔说：“存在折返的区域在结构上与日冕底部一个小型磁漏斗结构相匹配。这是我们从一些理论中可以预期的，确定了太阳风本身的来源。”
了解高速太阳风的组分是在哪里出现，如何出现，以及它们是否与折返有关，将有助于科学家解答一个长期存在的太阳谜题：日冕如何被加热至100万开尔文的高温，远远高于太阳表面的温度（约为6000开尔文）？
尽管这些新发现确定了磁场折返发生的位置，但研究人员尚不能确定它们是如何形成的。一种理论认为，它们可能是由像海浪一样穿过该区域的等离子体波产生的。另一种说法是，它们是在被称为磁重联的爆发过程形成的。磁重联是一种发生于高导电等离子体中的物理过程，被认为发生在磁漏斗聚集的边界处。
“我的直觉是，随着帕克探测器任务越深入，越向下，越靠近太阳，我们将更多地了解磁漏斗是如何与折返连接的，”贝尔说，“并有望解决它们在什么过程中产生的问题。”
现在，研究人员已经知道了要寻找的目标，帕克太阳探测器的近距离飞越可能会揭示更多关于折返和其他太阳现象的线索。即将获得的数据将使研究人员得以窥探一个至关重要的区域，正是该区域使日冕显著升温，并将太阳风的速度推到了音速以上。在日冕内部的测量，对于理解和预测极端空间天气事件也至关重要，这些事件可能会严重干扰地球的通信并破坏地球周围的卫星。
NASA总部帕克太阳探测器项目的主管约瑟夫·史密斯说：“看到我们利用先进的技术，成功地将帕克太阳探测器送到比以往任何时候都更接近太阳的地方，并能够返回如此惊人的科学成果，确实很令人兴奋。我们期待着在未来几年，当该任务在更近距离进行探索的时候，能带给我们更多的发现。”（任天）
