美国国家航空航天局首次进入太阳大气层，带来新发现
宇宙飞船有史以来第一次接触到太阳。美国国家航空航天局的帕克太阳探测器现在已经飞越了太阳的高层大气——日冕——并对那里的粒子和磁场进行了采样。
这一新的里程碑标志着帕克太阳探测器迈出了重要一步，也是太阳科学的一次巨大飞跃。正如登陆月球使科学家能够了解它是如何形成的一样，触摸太阳的组成部分将有助于科学家发现关于我们最近的恒星及其对太阳系影响的关键信息。
位于华盛顿的美国国家航空航天局总部科学任务局副局长托马斯•祖尔布岑说：“帕克太阳探测器“触及太阳”是太阳科学的一个里程碑式时刻，也是一项真正了不起的壮举。“这一里程碑不仅让我们对太阳的进化及其对太阳系的影响有了更深入的了解，而且我们对自己恒星的了解也教会了我们更多关于宇宙其他恒星的知识。”
随着它越来越接近太阳表面，帕克正在做出其他航天器太远而看不见的新发现，包括来自太阳风的粒子流，它可以影响我们在地球上的生活。2019年，帕克发现太阳风中的磁性Z字形结构，称为折返，在太阳附近有很多。但它们是如何以及在哪里形成的仍然是个谜。从那时起，帕克太阳探测器距离太阳的距离减半，现在已经足够近，可以确定它们的起源地：太阳表面。
第一次穿越日冕——以及未来更多飞越的承诺——将继续提供无法从远处研究的现象的数据。
位于马里兰州劳雷尔的约翰斯•霍普金斯应用物理实验室的帕克项目科学家努尔•拉乌阿菲说：“帕克太阳探测器飞得离太阳如此之近，现在可以感应到太阳大气层中以磁性为主的层——日冕——的状况，这是我们以前从未见过的。”“我们在磁场数据、太阳风数据和图像中看到了日冕中的证据。我们实际上可以看到航天器在日全食期间穿过日冕结构飞行。”
比以往任何时候都更接近
帕克太阳探测器于2018年发射，旨在通过比以往任何航天器都更接近太阳的方式探索太阳的奥秘。发射三年后，在第一次受孕几十年后，帕克终于到来了。
与地球不同，太阳没有固体表面。但它确实有一个过热的大气层，由通过重力和磁力与太阳结合的太阳能材料制成。当不断上升的热量和压力将这些物质推离太阳时，它达到了重力和磁场太弱而无法控制的程度。
这一点被称为阿尔芬临界面，标志着太阳大气层的结束和太阳风的开始。具有穿过该边界的能量的太阳能材料成为太阳风，在太阳穿过太阳系、到达地球和更远的地方时，太阳风会将太阳的磁场拖到地球上。重要的是，在阿尔芬临界表面之外，太阳风的移动速度如此之快，以至于风中的波浪无法以足够快的速度返回太阳，从而切断了它们之间的联系。
到目前为止，研究人员还不确定阿尔芬临界面的确切位置。根据日冕的远程图像，估计它距离太阳表面的太阳半径在10到20英里之间——430万到860万英里。帕克的螺旋轨迹使它慢慢靠近太阳，在最后几次飞行中，航天器始终低于20个太阳半径（地球与太阳距离的91%），如果估计正确的话，它可以越过边界。
2021年4月28日，帕克太阳探测器在第八次飞越太阳时，在太阳表面18.8太阳半径（约810万英里）处遇到了特定的磁场和粒子条件，这告诉科学家它首次穿越了阿尔芬临界表面，最终进入了太阳大气层。
发表在《物理评论快报》上的一篇关于这一里程碑的新论文的主要作者、股份有限公司BWX技术公司副首席技术官、密歇根大学教授贾斯汀•卡斯珀说：“我们完全预计，我们迟早会在短时间内遇到日冕。”“但令人兴奋的是，我们已经达到了目标。”
宇宙飞船有史以来第一次接触到太阳。美国国家航空航天局的帕克太阳探测器现在已经飞越了太阳的高层大气——日冕——并对那里的粒子和磁场进行了采样。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——阿尔芬临界表面的形状不像一个光滑的球。相反，它的表面有褶皱的尖峰和低谷。发现这些突起与来自表面的太阳活动的位置可以帮助科学家了解太阳上的事件如何影响大气和太阳风。
当帕克太阳探测器在第九次遭遇战中穿过日冕时，航天器经过了被称为日冕飘带的结构。这些结构可以被视为明亮的特征，在上部图像中向上移动，在下部图像中向下倾斜。这样的景象之所以可能，是因为航天器在日冕内部的飘带上方和下方飞行。到目前为止，人们只能从远处看到飘带。在日全食期间，从地球上可以看到它们。
有一次，当帕克太阳探测器下降到距离太阳表面不到15个太阳半径（约650万英里）时，它掠过了日冕中一个被称为假流的特征。假飘带是一种巨大的结构，在日食期间可以从地球上看到。
穿过假飘带就像飞入风暴眼。在假流中，情况安静了下来，粒子速度减慢，折返次数减少了——这与航天器通常在太阳风中遇到的繁忙粒子弹幕相比发生了巨大变化。
航天器首次发现自己所在的区域磁场足够强，足以控制那里粒子的运动。这些条件是航天器通过阿尔芬临界表面并进入太阳大气层的确凿证据，在那里磁场决定了该地区一切的运动。
第一次穿越日冕仅持续了几个小时，是此次任务计划的众多通道之一。帕克将继续向太阳靠近，最终距离太阳表面8.86太阳半径（383万英里）。即将到来的飞越，下一次将于2022年1月进行，很可能会让帕克太阳探测器再次穿越日冕。
美国国家航空航天局总部太阳物理部主任尼古拉•福克斯说：“我很高兴看到帕克在未来几年反复穿过日冕时发现了什么。”“新发现的机会是无限的。”
日冕的大小也受太阳活动的影响。随着太阳11年活动周期（太阳周期）的增加，日冕的外缘将扩大，帕克太阳探测器有更大的机会在日冕内停留更长时间。
卡斯珀说：“这是一个非常重要的领域，因为我们认为各种物理都有可能开启。”“现在我们正在进入这个区域，希望能开始看到这些物理和行为。”
缩小向下切换的起源甚至在第一次穿越日冕之前，一些令人惊讶的物理现象就已经浮出水面。在最近的太阳遭遇中，帕克太阳探测器收集了数据，精确定位了太阳风中Z字形结构的起源，称为折返。数据显示，一个转折点起源于太阳的可见表面——光球层。
当太阳风到达9300万英里外的地球时，它是粒子和磁场的无情逆风。但当它逃离太阳时，太阳风是有结构的，而且是不规则的。20世纪90年代中期，美国国家航空航天局欧洲航天局的任务“尤利西斯”飞越了太阳的两极，在太阳风的磁力线中发现了一些奇怪的s形扭结，这些扭结使带电粒子在逃离太阳时沿着Z字形路径绕行。几十年来，科学家们一直认为这些偶尔发生的逆转只是太阳极地的怪事。
2019年，在距离太阳34个太阳半径的地方，帕克发现折返并不罕见，但在太阳风中很常见。这重新激发了人们对这些功能的兴趣，并提出了新的问题：它们来自哪里？它们是在太阳表面锻造的，还是通过太阳大气层中扭曲磁场的过程形成的？
发表在《天体物理杂志》上的新发现最终证实了一个原点在太阳表面附近。
这些线索是在帕克第六次飞越太阳时出现的，距离太阳半径不到25个。数据显示，转换发生在斑块中，氦的百分比（已知来自光球层）高于其他元素。当科学家们发现这些斑块与磁漏斗对齐时，这些磁漏斗从被称为超级颗粒的对流细胞结构之间的光球层中出现，这种逆转的起源进一步缩小。
科学家们认为，除了是折返的发源地外，磁漏斗可能是太阳风的一个组成部分的来源地。太阳风有两种不同的类型——快速和慢速——而漏斗可能是快速太阳风中一些粒子的来源。
“有折返的区域的结构与日冕底部的一个小磁漏斗结构相匹配，”加州大学伯克利分校教授、新折返论文的主要作者斯图尔特•贝尔说。“这是我们从一些理论中所期望的，这为太阳风本身找到了来源。”
了解快速太阳风的成分在哪里以及如何出现，以及它们是否与逆转有关，可以帮助科学家回答一个长期存在的太阳谜团：日冕是如何被加热到数百万度，远比下面的太阳表面热。
虽然新发现确定了折返的位置，但科学家们还无法确认它们是如何形成的。一种理论认为，它们可能是由像海浪一样在该地区滚动的等离子体波产生的。另一种观点认为，它们是由一种被称为磁重联的爆炸过程形成的，这种过程被认为发生在磁漏斗聚集的边界。
贝尔说：“我的直觉是，随着我们深入任务，离太阳越来越近，我们将更多地了解磁性漏斗是如何与折返连接的。”“希望能解决是什么过程造就它们的问题。”
随着帕克太阳探测器冒险接近太阳，它正在进入未知的状态并做出新的发现。这张照片代表了帕克太阳探测器在这些里程碑和发现中与太阳的距离。
现在研究人员知道该寻找什么了，帕克的近距离观察可能会揭示更多关于折返和其他太阳现象的线索。即将到来的数据将使科学家们得以一窥一个对日冕过热和将太阳风推向超音速至关重要的区域。日冕的这种测量对于理解和预测极端太空天气事件至关重要，这些事件可能会扰乱通信并损坏地球周围的卫星。
美国国家航空航天局总部帕克项目执行官约瑟夫•史密斯说：“看到我们的先进技术成功地将帕克太阳探测器带到了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，真的很令人兴奋。”“我们期待着在未来几年里，随着任务的进一步推进，看到任务还发现了什么。”
帕克太阳探测器是美国国家航空航天局“与星共存”计划的一部分，该计划旨在探索太阳-地球系统中直接影响生命和社会的各个方面。“与星共存”计划由该机构位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心为华盛顿的美国国家航空航天局科学任务局管理。位于马里兰州劳雷尔的约翰斯•霍普金斯大学应用物理实验室为美国国家航空航天局管理帕克太阳探测器任务，并设计、建造和运行该航天器。