尤金·帕克的傳奇一生

文/徐文慧

“帕克”還沒來得及完成它所有的日冕飛越，帕克卻永遠(yuǎn)地離去了。

2022年3月15日，現(xiàn)代太陽風(fēng)和磁重聯(lián)理論奠基人、美國科學(xué)院院士——尤金·紐曼·帕克在美國芝加哥的家中去世，享年94歲。彼時(shí)的帕克太陽探測器（Parker Solar Probe）剛結(jié)束它24次飛越太陽計(jì)劃中的第11次，和它一同穿越日冕的，除了美國宇航局收集到的110萬公眾的名字，還有尤金·帕克的照片，和那篇?jiǎng)潟r(shí)代的太陽風(fēng)（solar wind）論文。

太陽風(fēng)的提出者，是傳統(tǒng)太陽模型的挑戰(zhàn)者，堅(jiān)持自己的理論不惜與實(shí)驗(yàn)室老板決裂，親眼見證以自己名字命名的探測器發(fā)射升空，這些都不足以勾勒帕克傳奇的一生，91歲時(shí)他送去太陽的信息，也只是一句看似簡單的“讓我們拭目以待”。

第一顆以在世人物命名的探測器

一開始，帕克太陽探測器并不叫“帕克”。

這個(gè)人類距離太陽最近的探測器，籌備了半個(gè)多世紀(jì)。自20世紀(jì)90年代以來，美國宇航局一直在規(guī)劃對太陽的近距離訪問，但直到2005年，美國約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室（Applied Physics Laboratory，APL）的工程師才提出了完整的“太陽探測器”（Solar Probe）任務(wù)。

在這項(xiàng)最初的任務(wù)提案中，探測器以300萬千米的最近距離僅飛越太陽2次，預(yù)計(jì)耗資高達(dá)12億美元，還會(huì)用到資源相對緊張的钚-238作為電源，結(jié)果被美國宇航局“打回重做”。

2007年，APL帶著更低價(jià)格、更多飛越次數(shù)的新提案來了，該局也終于批準(zhǔn)這項(xiàng)前無古人的太陽探測任務(wù)，并將其命名為“太陽探測器+”。這個(gè)名字被叫了十多年，直到剛加入美國宇航局的托馬斯·齊布亨博士寫信給美國國家科學(xué)院，認(rèn)為這項(xiàng)任務(wù)該以人名來命名，他才得到了一個(gè)明確的答復(fù)，就是尤金·帕克。

在此之前，美國宇航局從未以在世的人物命名過航天器，但2017年齊布亨向當(dāng)時(shí)的美國宇航局代理局長羅伯特·萊特富特申請改名時(shí)，并沒有遇到太大的阻礙。齊布亨打給帕克說，美國宇航局希望將探測器改名為“帕克”，電話那頭的帕克感到既驚訝又迷惑。

幾個(gè)月后，帕克前往APL參觀了航天器的建造和測試，任務(wù)的項(xiàng)目科學(xué)家尼古拉·?？怂箤λf：“帕克，見見‘帕克’。”

2018年8月12日，帕克和家人前往美國佛羅里達(dá)州現(xiàn)場，目送“帕克”奔向太陽，當(dāng)?shù)聽査?型火箭的引擎照亮卡納維拉爾角清晨的天際，帕克輕聲說道：“我們出發(fā)了。”

尤金·帕克（右二）于2017年10月訪問位于美國馬里蘭州的約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室，美國宇航局的帕克太陽探測器正在那里組裝

帕克在發(fā)射現(xiàn)場觀看“帕克”升空

幾個(gè)月后，福克斯前往芝加哥與帕克分享帕克探測器的一些早期數(shù)據(jù)?！拔铱吹剿难劬Χ甲兞亮恕！备？怂拐f。他向帕克展示的不是太陽本身，而是太陽一側(cè)的暗淡粒子——太陽風(fēng)，這正是帕克在半個(gè)多世紀(jì)前預(yù)測的東西。

發(fā)現(xiàn)太陽風(fēng)

早在1859年，科學(xué)家就觀測到太陽耀斑和地球磁暴存在聯(lián)系，著名的卡林頓事件仍是有記錄以來強(qiáng)度最大的磁暴事件。從觀察到太陽耀斑到發(fā)生地球磁暴只間隔了17.6小時(shí)，當(dāng)時(shí)人們無法解釋究竟發(fā)生了什么，只知道有什么東西以超過850萬千米的時(shí)速從太陽奔向了地球。

當(dāng)時(shí)的主流觀點(diǎn)和權(quán)威天文學(xué)家都認(rèn)為，太空是空的，里面什么也沒有，太陽的大氣也是安靜的、不活動(dòng)的。不同國家的幾位學(xué)者都曾提出太陽在噴射著某種粒子，導(dǎo)致了觀測到的地磁活動(dòng)，但由于缺乏完整理論模型的支持，同時(shí)違背當(dāng)時(shí)的主流觀點(diǎn)，一直沒能被學(xué)界的接受。

帕克太陽探測器探測示意圖

直到1947年，德國天文學(xué)家路德維?！け葼柭^察到一顆彗星的兩條彗尾似乎總是指向背離太陽的方向，而不是運(yùn)動(dòng)軌跡的反方向，由此推測太陽發(fā)射著某種“微粒輻射”，才會(huì)把彗尾“吹歪”了。

這位天文學(xué)家不遠(yuǎn)萬里從德國來到美國芝加哥，找到約翰·亞歷山大·辛普森展示自己的最新研究。辛普森曾擔(dān)任“曼哈頓計(jì)劃”組長，是《原子科學(xué)家通報(bào)》的聯(lián)合創(chuàng)始人，還是芝加哥大學(xué)空間與天體物理實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)始人，如果能得到他的支持，比爾曼的猜想或許更容易被學(xué)界接受。

當(dāng)時(shí)的帕克剛進(jìn)入辛普森所在的芝加哥大學(xué)恩里科·費(fèi)米研究所做助理教授，起初他跟隨著辛普森進(jìn)行的是宇宙射線的相關(guān)研究。

辛普森始終沒被比爾曼的猜想說服，不想再多費(fèi)口舌的他將研究資料交給了帕克，讓帕克替自己“勸返”比爾曼。

帕克認(rèn)真研究了比爾曼的觀測和猜想，還結(jié)合英國數(shù)學(xué)家和地球物理學(xué)家悉尼·查普曼對太陽大氣中流出熱量的計(jì)算，得出了與辛普森相反的結(jié)論：太陽大氣不是靜止的，而是動(dòng)態(tài)的，它在向外噴射著“太陽風(fēng)”！

結(jié)合前人的計(jì)算，帕克認(rèn)為太陽上層大氣，也就是日冕，在100萬攝氏度的狀態(tài)下是一種良好的導(dǎo)熱體，在距離太陽表面很遠(yuǎn)的地方溫度依然很高，但來自太陽的引力卻有了顯著下降，外層大氣粒子能以超音速逃逸到星際空間。到地球附近時(shí)，這個(gè)速度會(huì)高達(dá)數(shù)百千米每秒，高速粒子流與地球磁場發(fā)生作用，導(dǎo)致了地球磁暴現(xiàn)象。

基于這一系列發(fā)現(xiàn)與假設(shè)，帕克建立了一個(gè)新的太陽模型。他把自己得出的結(jié)論告訴辛普森時(shí)，不僅是在反駁自己的上司，也是在挑戰(zhàn)學(xué)界權(quán)威，這令辛普森失望不已。那時(shí)的帕克不過30歲出頭。

艱難發(fā)表，終獲認(rèn)可

面對帕克的執(zhí)著倔強(qiáng)，辛普森選擇與他劃清界限，不允許他在“太陽風(fēng)”論文中提及自己的名字，不允許他帶上實(shí)驗(yàn)室的名頭，這給學(xué)術(shù)界無甚名氣的年輕學(xué)者和他顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知的開創(chuàng)性理論，無疑帶來了極大的阻礙。

“你這簡直是在胡說八道?！薄澳愕南敕ㄊ呛玫?，但它不可能是對的?！薄拔也恢滥睦锍鲥e(cuò)了，但你肯定是錯(cuò)的?！?/p>

沒有一家學(xué)術(shù)期刊愿意接收他的論文，沒有一位科學(xué)家認(rèn)同他的理論，審稿人們挑不出任何錯(cuò)誤，卻還是紛紛拒稿。帕克不甘心，他認(rèn)為自己所用的流體動(dòng)力學(xué)由牛頓定律直接推導(dǎo)而來，牛頓是對的，他就是對的。

1958年，31歲的帕克找到了《天體物理學(xué)雜志》的主編蘇布拉馬尼揚(yáng)·錢德拉塞卡，這位破解了恒星命運(yùn)軌跡的物理學(xué)家和天體物理學(xué)家，曾被自己的導(dǎo)師當(dāng)眾撕毀論文，20多歲得出的理論直到73歲那年才被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

同在芝加哥大學(xué)就職的錢德拉塞卡當(dāng)時(shí)也不認(rèn)同帕克的理論，但他聯(lián)想到自己曾遭受過的權(quán)威的漠視、打壓和抨擊，認(rèn)為帕克應(yīng)當(dāng)擁有將自己的理論公之于眾的機(jī)會(huì)，這篇論文歷經(jīng)多番磨難終于得以發(fā)表。

論文發(fā)表一年以前，第一顆環(huán)繞地球的人造衛(wèi)星才剛剛發(fā)射，這顆衛(wèi)星上沒有任何儀器可以對太空中的物質(zhì)進(jìn)行探測，科學(xué)家對太空的研究仍僅限于地面觀測。1959年，蘇聯(lián)的月球1號探測器在太空中探測到了持續(xù)的太陽風(fēng)粒子；1962年，美國的“水手2號”探測到了太陽釋放的高速帶電離子流。

所有人才終于相信：太陽風(fēng)真的存在。它對太陽系的運(yùn)作產(chǎn)生了難以置信的影響，包括我們在地球上的生活；它包裹著太陽系里的行星，保護(hù)我們免受有害輻射的影響；在太陽耀斑發(fā)生時(shí)，它也會(huì)擾亂我們的通訊。

太陽物理學(xué)的傳奇

天體物理學(xué)中滿是帕克的名字：帕克不穩(wěn)定性（Parker instability），描述了星系中的磁場；帕克方程（Parker Transport Equation），描述了粒子在等離子體中的運(yùn)動(dòng)；斯威特-帕克模型（Sweet-Parker model），描述了等離子體磁場的磁重聯(lián)；帕克螺旋（Parker Spiral），描述了螺旋線狀的行星際磁場；以及描述了磁單極子通量極限的帕克極限（Parker Limit）。

帕克于1958年發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上的太陽風(fēng)論文

太陽風(fēng)示意圖

帕克一生獲得眾多榮譽(yù)：

1967年，40歲的帕克當(dāng)選美國科學(xué)院院士。

1969年，獲得亨利·羅素講席與表彰太陽物理學(xué)以及日-地關(guān)系研究的阿克托夫斯基獎(jiǎng)。

1978年，成為第一屆海耳獎(jiǎng)得主。

1979年，獲得英國皇家天文學(xué)會(huì)頒發(fā)的查普曼獎(jiǎng)?wù)?，這里的查普曼就是前面提到的證明高溫日冕具有良好導(dǎo)熱性的英國科學(xué)家。

1989年，獲得美國國家科學(xué)獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

1990年，獲得美國地球科學(xué)最高獎(jiǎng)鮑伊爾獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

1992年，獲得皇家天文學(xué)會(huì)金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

1997年，獲得布魯斯獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

2003年，獲得京都基礎(chǔ)科學(xué)終身成就獎(jiǎng)。

2003年，獲得麥克斯韋獎(jiǎng)。

2010年，當(dāng)選挪威科學(xué)與文學(xué)院院士。

2018年，獲得美國物理學(xué)會(huì)頒發(fā)的杰出研究成就獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

2020年，帕克獲得了他人生中的最后一個(gè)獎(jiǎng)：克拉福德天文獎(jiǎng)，某種意義上說，這個(gè)獎(jiǎng)比諾貝爾獎(jiǎng)還難獲得。

“尤金·帕克是一位傳奇的科學(xué)家，他對太陽和太陽系的看法遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于他的時(shí)代，”芝加哥大學(xué)物理系主任安杰拉·奧林托說，“他的名字理應(yīng)被寫在太陽和描述太陽的物理學(xué)中?！?/p>

“太陽物理學(xué)的存在很大程度上歸功于尤金·帕克博士的工作，我認(rèn)為這么說一點(diǎn)也不夸大其詞，”那位領(lǐng)著帕克見“帕克”太陽物理學(xué)家、如今的美國宇航局華盛頓總部太陽物理學(xué)部主任尼古拉·?？怂拐f道，“即使帕克博士不再與我們同在，他的發(fā)現(xiàn)和遺產(chǎn)也將永世長存?！?/p>