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NASA mission honors pioneering UChicago physicist

尤金·帕克教授在1958年31岁时提出了一个彻底的想法,改变了我们对太阳和太阳系的看法。他说,行星之间的空间并不是空的,而是充满了一种“太阳风”:一种不断膨胀的粒子力,从太阳流向太阳系最远的地方。

像他之前的其他科学家一样,他对太阳有着古怪的理论,一开始人们并不相信他。

“报纸上的第一个评论员说,‘嗯,我建议帕克在写关于这个主题的论文之前,先去图书馆读一下这个主题。因为这完全是无稽之谈,”芝加哥大学(University of Chicago)物理学荣誉退休教授钱德拉塞卡(S. Chandrasekhar)笑着回忆道。

半个多世纪后,为了纪念他的工作,开辟了天体物理学的新领域,帕克成为第一个在世的人,以他的名字命名了美国宇航局的宇宙飞船。

8月12日上午,他在卡纳维拉尔角见证了帕克太阳探测器的发射,该探测器将比任何任务都更接近太阳。

发射照亮了闷热的夜晚,帕克一家三代人在NASA的观景台上观看。起飞时爆发出阵阵欢呼声,在官方宣布飞船安全升空后,该公司拥抱、握手,并喝了几口帕克太阳能淡啤酒以示庆祝。这种啤酒是芝加哥地区水晶湖啤酒公司(Crystal Lake Brewing)特别酿造的。

“我只能说,哇,我们开始了,”芝加哥大学(UChicago)钱德拉塞卡杰出服务学院(S. Chandrasekhar Distinguished Service Professor)物理学荣誉退休教授帕克(Parker)说。“(现在)我真的必须从咬指甲转向思考所有我还不知道的有趣的事情。在接下来的几年里,我们会学到一些东西。”

该探测器将调查帕克几十年前提出的太阳和太阳风的神秘工作原理。

“尤金·帕克(Eugene Parker)对太阳系的看法远远超前于那个时代,”芝加哥大学物理科学系主任安吉拉·奥林托(Angela Olinto)教授说。“他的工作基本上奠定了一个全新领域的基础,他对我们芝加哥大学所有致力于拓展人类知识边界的人都是一个鼓舞。”


一个走在时代前端的想法

帕克是芝加哥大学年轻的助理教授,当时他开始研究天体物理学中的一个悬而未决的问题:是否有粒子从太阳上发出。这似乎不太可能,因为地球的大气层并没有流向太空,想必太阳也是如此。但是科学家们注意到一个奇怪的现象:彗星的尾巴,无论它们朝哪个方向移动,总是指向远离太阳的方向——就好像有什么东西把它们吹走了。

帕克坐下来开始计算。他计算出,如果太阳的日冕温度达到100万度,那么一定有一股粒子流从太阳表面向外膨胀,最终变得极其快——比音速还快。这个想法在当时是闻所未闻的,但这就是物理学告诉帕克的。

帕克说:“这就是故事的结局,但事实并非如此,因为人们马上就会说,‘我不相信。’”

 

他写了一篇论文,并提交给《天体物理学杂志》;科学评论家的反应迅速而严厉。

“你必须明白,当他提出这个想法时,这听起来多么不可思议,”芝加哥大学天文学和天体物理学教授福斯托·卡特尼奥(Fausto Cattaneo)说。“这种风不仅存在,而且是以超音速传播的!”在实验室里把任何东西加速到超音速都是极其困难的,而且也没有推进力。”

幸运的是,该杂志当时的编辑是著名天体物理学家Subrahmanyan Chandrasekhar,他是帕克在芝加哥大学的同事。钱德拉塞卡也不喜欢这个想法,但这位未来的诺贝尔奖得主没有发现数学上的任何错误,所以他否决了评审员的意见,发表了这篇论文。

1962年,美国宇航局一艘名为“水手2号”(Mariner II)的航天器在前往金星的途中进行了读数。结果是明确的。帕克说:“当时刮着太阳风,一天24小时,一天7天。”


太阳任务

这一发现重塑了我们对太空和太阳系的认识。科学家们逐渐认识到,这种风不仅会经过地球,还会穿过太阳系甚至更远。它也保护和威胁着我们。

奥林托说:“太阳风以磁力覆盖太阳系,保护地球上的生命不受来自银河系其他地方的高能粒子的伤害。”“但它也影响了我们今天复杂的卫星通信。因此,了解太阳风的精确结构、动力学和进化对整个文明来说至关重要。”

因此,自从太空旅行首次成为可能以来,科学家们就一直渴望执行一项前往太阳的任务。但是极端的温度意味着他们需要等待技术的发展,以保护航天器免受太阳的高温和辐射。帕克太阳探测器的隔热层由一种尖端的碳复合材料制成,只有不到5英寸,即使外面的日冕温度高达300万华氏度,探测器的精密仪器也能保持在温和的85华氏度。

它将需要它,因为当宇宙飞船在8月发射时,它将开始为期7年的旅程,前往酷热的日冕,在日食期间,日冕就像太阳周围的光环一样可见。这将是迄今为止我们离恒星最近的一次,科学家们正跃跃欲试地想要近距离观察物理学。

这项任务中最紧迫的两个问题,可以追溯到帕克最早的工作:为什么日冕比太阳表面热那么多?太阳风是如何加速远离太阳的?

对这些过程的深入了解,将有助于预测影响地球上生命的太空天气,了解宇航员在地球上方轨道上和长途旅行时所面临的条件,甚至为了解什么样的恒星活动可能有利于遥远行星上的宜居性提供线索。

帕克期待着数据。

“你正在探索未知的领域,你完全可以肯定,那里有一些惊喜等着我们,”他说。“事情从来都不是你想的那样。”

“吉恩·帕克就像上帝”

在他的职业生涯中,帕克继续研究其他现象,如宇宙射线和星系磁场。他的名字遍布天体物理学领域:帕克不稳定性,描述了星系中的磁场;描述粒子穿过等离子体的帕克方程;等离子体中磁场的斯威特-帕克模型,磁单极子通量的帕克极限。

“在我们这个领域,吉恩·帕克就像上帝一样,”卡特尼奥说。“大多数人会有一个好主意,并以此为基础。这家伙有天知道多少。像他这样的人并不多。”

在宣布大学使命的新名称,去年美国国家航空航天局表示,鉴于帕克在领域内的成就以及这个使命是与他的研究紧密结合,发射前决定荣耀他为了引起注意太阳物理学和空间科学的重要贡献。

约翰·霍普金斯大学应用物理实验室帕克太阳探测器项目科学家尼古拉·福克斯说:“我们非常自豪能在这次惊人的发现之旅中带上吉恩的名字。”


在被问及对职场新人的建议时,帕克说:“我从来没有提过什么有意义的建议,但有些人说‘不可能,不可能’。”如果你做了一些新的或创新的事情,就会遇到麻烦。但要批判性地思考,因为如果你错了,你想成为第一个知道这一点的人。”

帕克于1995年从大学退休,他说:“我很高兴能活在这段时间,因为发生了这么多美妙的事情。”“我很高兴在正确的时间出生。”

新闻英文原版地址:https://news.uchicago.edu/story/nasa-mission-honors-pioneering-uchicago-physicist