他的姓名值15亿美元:天才少年的传奇人生

2022年3月15日 , 尤金·帕克逝世 , 享年94岁 。 帕克天纵英才 , 30岁时就严格证明太阳风的存在 , 并因此声名大噪 。 在60年的学术生涯中 , 他以唯一作者的身份发表了200多篇研究论文 , 重塑了人类对太阳物理、等离子体物理、各种尺度上的磁场的性质的认识 。 现在 , 以他的姓命名的价值15亿美元的“帕克太阳探测器”正继承他的遗志 , 破解太阳的秘密 。 尽管帕克不再与我们同在 , 但他的发现与学术遗产会永远伴随着人类 。
撰文|王善钦
芝加哥当地时间的2022年3月15日 , 杰出的物理学家、天体物理学家与地球物理学家尤金·帕克(EugeneNewmanParker)逝世 , 享年94岁 。
帕克20多岁时就已成为年轻的学术权威 , 在30岁时更因其在太阳风理论中的决定性贡献而名震天下 , 此后又在太阳物理、等离子体物理、空间物理等众多领域继续工作超过半个世纪 , 得到的一系列重要成果深刻改变了这些领域的面貌 。
本文介绍帕克传奇、勤奋而智慧的一生 。
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沉迷物理的年轻人
1927年6月10日 , 帕克出生于密歇根州北部的霍顿市 。 在晚年接受访谈时 , 他说 , 当他还是一个小孩子时 , 就对万物的运作规律非常感兴趣[1] 。 在读高中时 , 帕克就沉迷物理 , 不可自拔 。 高中毕业后 , 帕克进入密歇根州立大学 , 攻读物理学专业 。
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图1:年轻时的帕克 。 丨来源:https://www.youtube.com/watch?v=WH_TC9VzMUA&t=37s
1948年 , 21岁的帕克大学毕业 , 获得学士学位 , 随后到加州理工学院攻读博士学位 , 研究领域是星际尘埃与气体的结构 。 3年后 , 帕克获得博士学位 。
在本科与博士期间 , 帕克在电磁学与流体力学方面打下了非常扎实的基础 , 为其后来在多个领域内的汪洋恣肆的研究提供了最拿手的工具 。
帕克研究的领域可被归纳为两大类:第一类是地球、太阳、太阳系、星系的磁场的性质;第二类是等离子体的性质 。 等离子体是高温气体被分解成的正离子与电子的混合体 。 太阳就是一团被引力束缚的等离子体 。 流动的等离子体自然伴随磁场 , 所以这两大类又交叉在一起 。
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图:由太阳动力学天文台(SDO)获得的紫外数据合成的伪色图像 。 这与我们在可见光波段直观上看到的红黄色的太阳倒是很像 。 丨来源:NASA/SDO(AIA)(PublicDomain)
1951年 , 24岁的帕克到犹他大学当了4年的讲师与助理教授 。 从1952年开始 , 帕克向世人展示其学术才能与创造力 , 在多个领域得到重要成果 。
根据美国国家航天局(NASA)的天体物理学数据库系统(ADS) , 从1952年到1957年 , 帕克以第一作者身份发表了20篇论文 , 其中6篇在《天体物理学杂志》(ApJ) , 2篇在《天文学杂志》(AJ) , 7篇在《物理评论》(PR) , 2篇在《地球物理学研究杂志》(JGR) , 1篇在《自然》 , 1篇在《美国科学院院刊》(PNAS) , 1篇在《应用物理杂志》(JournalofAppliedPhysics) 。 这20篇第一作者论文仅有一篇有一个合作者 , 其他的都是唯一作者论文 。
这些论文跨越了物理学、天体物理学与地球物理学 , 研究了星际气体与尘埃的动力学性质与引力不稳定性、太阳电离区的湍动与声波学、一般流体的湍动性质、压缩流体的声波辐射、热场的不稳定性、太阳耀斑的形成机制、磁流体动力学波与宇宙线加速、磁流体发动机理论、太阳磁流体发动机理论、地磁暴等众多课题 。
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图2:太阳耀斑爆发时的13.1纳米波长的X射线图像 。 太阳耀斑爆发时 , 太阳局部区域会突然变亮 。 丨来源:NASAGoddardSpaceFlightCenter(PublicDomain)
此时 , 年仅30岁的帕克已经是一个可畏的后生 , 一个年轻的学术领袖 。 因为持续、稳定而高质量的学术成果 , 帕克于1955年顺利跳槽到芝加哥大学 。
也许你会奇怪 , 为什么上面只统计到1957年为止的论文?这是因为 , 他将在1958年迎来了学术生涯的一个传奇 。
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日冕、彗星尾巴与“太阳微粒辐射”
1957年开始 , 帕克开始密切关注与日冕温度有关的课题 。 日冕是覆盖在太阳外部的一层高温稀薄气体 。 在日食发生的时候 , 可以很轻松地观测到它 , 其形状就像一个帽子 , 因此国外天文学家用“王冠(crown)”的拉丁文“corona”来命名它 , 中文将其翻译为“日冕” 。 此前的天文学家在观测日冕时 , 确认了其中存在高度电离的铁离子 , 据此计算出日冕的温度超过100万摄氏度 。