两台航天器提供了一个突破性的测量结果，有助于解开 65 年之久的宇宙之谜--为什么太阳的大气层如此炙热。太阳的大气层被称为日冕。它由被称为等离子体的带电气体组成，温度约为一百万摄氏度。它的温度是一个永恒的谜，因为太阳表面的温度只有大约 6000 摄氏度。日冕的温度应该比表面低，因为太阳的能量来自其核心的核熔炉，离热源越远，温度自然越低。然而，日冕的温度却比表面高出 150 多倍。一定有另一种将能量传递到等离子体的方法在起作用，是什么呢？
在这张太阳轨道器的 Metis 仪器拍摄的图像中，可以看到太阳的外层大气，即日冕，一直延伸到太空中。Metis是一个多波长装置，可在可见光和紫外线波长下工作。它是一个日冕仪，这意味着它可以阻挡太阳表面明亮的阳光，让日冕中的粒子散射出的较暗光线可见。在这张图片中，模糊的红色圆盘代表日冕仪，而白色圆盘是用来压缩图片尺寸的遮罩，以减少不必要的下行数据量。图片来源：欧空局和美国国家航空航天局/太阳轨道器/Metis 小组；D. Telloni 等人 (2023)
理论和调查挑战
长期以来，人们一直怀疑太阳大气中的湍流会导致日冕中的等离子体大幅加热。但在研究这一现象时，太阳物理学家遇到了一个实际问题：仅靠一个航天器不可能收集到所需的全部数据。
研究太阳有两种方法：遥感和现场测量。在遥感测量中，航天器被放置在一定距离之外，使用照相机以不同波长观测太阳及其大气层。在原位测量中，航天器飞过它想要研究的区域，对该部分空间的粒子和磁场进行测量。
这两种方法各有优势。遥感可以显示大范围的结果，但无法显示等离子体中发生的过程细节。同时，原位测量能提供等离子体中小规模过程的高度具体信息，但不能显示这些过程如何影响大规模过程。
双航天器调查
要了解全貌，需要两个航天器。这正是太阳物理学家目前所拥有的，即欧空局领导的太阳轨道器航天器和美国宇航局的帕克太阳探测器。太阳轨道器的设计目的是尽可能地接近太阳，同时进行遥感操作和现场测量。帕克太阳探测器在很大程度上放弃了对太阳本身的遥感，而是更加靠近太阳进行实地测量。
但是，为了充分利用它们的互补性，帕克太阳探测器必须在太阳轨道器的一个仪器的视野范围内。这样，太阳轨道器就可以记录帕克太阳探测器在原地测量所产生的大量数据。
欧空局的太阳轨道器是近距离研究太阳的两个互补航天器之一：它与美国国家航空航天局的帕克太阳探测器一起执行任务。图片来源：太阳轨道器： 欧空局/ATG medialab；帕克太阳探测器： 美国国家航空航天局/约翰斯-霍普金斯 APL
天体物理协调
都灵天体物理观测站意大利国家天体物理研究所（INAF）研究员丹尼尔-泰罗尼（Daniele Telloni）是太阳轨道器的 Metis 仪器背后团队的成员。Metis 是一个日冕仪，可以遮挡来自太阳表面的光线并拍摄日冕照片。它是用于大规模测量的完美仪器，因此达尼埃尔开始寻找帕克太阳探测器排成一行的时间。
他发现，在 2022 年 6 月 1 日，这两个航天器将处于正确的轨道配置中--几乎是这样。从根本上说，太阳轨道器将注视着太阳，而帕克太阳探测器则在一旁，距离很近，但刚好在梅蒂斯仪器的视野之外。
当丹尼尔看到这个问题时，他意识到要让帕克太阳探测器进入视野，只需要在太阳轨道器上做一点小动作：翻滚45度，然后将其稍微指向远离太阳的方向。
但是，太空任务的每一个动作都是事先精心策划好的，航天器本身也被设计成只能指向非常明确的方向，尤其是在应对可怕的太阳热量时，不清楚航天器操作团队是否会批准这样的偏差。然而，当所有人都清楚了潜在的科学回报之后，决定是明确的"是"。
欧空局的太阳轨道器任务将在最接近太阳时从水星轨道内面对太阳。图片来源：ESA/ATG medialab
突破性观测
滚动和偏移指向继续进行；帕克太阳探测器进入视场，这两个航天器首次同时测量了日冕的大尺度构造和等离子体的微物理特性。
"这项工作是很多很多人贡献的结果，"领导数据集分析的丹尼尔说。通过共同努力，他们首次对日冕加热率进行了综合观测和现场估算。
美国亨茨维尔阿拉巴马大学的加里-赞克（Gary Zank）是这篇论文的共同作者之一，他说："同时使用太阳轨道器和帕克太阳探测器的能力确实为这项研究开辟了一个全新的维度。"
通过将新测量到的速率与太阳物理学家多年来的理论预测进行比较，丹尼尔证明了太阳物理学家将湍流认定为一种能量传递方式几乎肯定是正确的。
帕克太阳探测器接近太阳的艺术家概念图。图片来源：NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben
湍流产生这种作用的具体方式与您早上搅拌咖啡时发生的情况并无二致。通过刺激流体（气体或液体）的随机运动，能量被传递到更小的尺度，最终将能量转化为热量。在日冕中，流体也被磁化，因此储存的磁能也可以转化为热能。
这种磁能和运动能从较大尺度向较小尺度的转移正是湍流的本质所在。在最小尺度上，它使波动最终与单个粒子（主要是质子）相互作用，并加热它们。
结论与启示
在太阳加热问题得到解决之前，我们还需要做更多的工作，但现在，由于达尼埃勒的工作，太阳物理学家首次测量到了这一过程。
"这是科学上的创举。"项目科学家丹尼尔-穆勒（Daniel Müller）说。