所謂行星際空間是人類太空探測飛出地球空間進入的下一層空間，也是太陽系深空探測以及進入系外星際空間探測的必經之路。行星際空間中的物質成分、動力學演化、及其相互耦合關系，是一個有意思的命題。行星際空間作為儲存原初太陽系星雲并孕育出太陽系的空間場所，在太陽系形成至今45億年的當下仍然見證着太陽系廣袤空間中豐富的演化過程。

行星際空間無時無刻、無處不在地刮着時速高達百萬公裡以上的超聲速風（塗傳诒等, 2021）。這種超聲速風是從高達百萬度的炙熱太陽大氣裡吹出來的，故名為太陽風。太陽風帶走太陽的物質和角動量，沖壓太陽系的各類天體，産生各種豐富有趣的現象（比如岩石的空間風化、土壤的元素沉積、行星的空間天氣等），将鄰近星際物質的大部分排除在一百多個日地天文單位距離以遠的日球層邊界之外。2018年美國宇航局以帕克先生為名發射“帕克太陽探針”(PSP)，目标是經過七次金星借力逐步逆風而行，進入内太陽系的深處，抵達太陽風起源的地方，去觸摸阿爾芬層以裡的太陽日冕大氣 (Fox et al., 2016)。

在行星際空間中，除了太陽風磁化等離子體，還遍布大小不一的運動塵埃粒子。太陽系塵埃，是太陽系天體的基本構成要素，也是行星際深空探測的主要對象之一。針對長周期彗星及其所釋放的塵埃粒子的探測，對于認識太陽系起源的原初物質成分至關重要，成為太陽系深空探測的重要組成部分 (Glassmeier et al., 2007)。塵埃不是一成不變的，其在行星際空間中是不斷地産生和不斷地損耗，所以當今太陽系塵埃盤和太陽系形成初期的塵埃盤相比已經面目全非（特别是内太陽系的塵埃盤不到百萬年就要更新一次）。因而侵入内太陽系的小天體（跨地球軌道）被認為是維持内太陽系塵埃盤存續至今的重要物質來源 (Mann et al., 2004)。不同粒徑大小的塵埃在行星際空間中受到不同類型力的主要作用，粒徑大（微米以上）的塵埃軌道逐漸向太陽遷移，而粒徑小（亞微米）的塵埃則會遠離太陽向太陽系邊際流浪。

侵入内太陽系的小天體，因為受到太陽和太陽風的顯著影響而變得非常活躍乃至産生壯觀景象，成為探究太陽系演化的一個重要窗口。冰質小天體（彗星）在侵入内太陽系時内部受熱冰升華噴氣同時驅離大量粉塵，為遙感和原位觀測原初太陽系物質成分提供無需鑽探開采的便利條件。噴氣形成的電離氣體，為太陽風的改變和重新塑造提供系内物質來源。在太陽系的演化過程中，兩個天體之間的相互碰撞是令人歎為觀止的現象（如1994年的Shoemaker-Levy 9号彗星撞向木星）。除了撞向行星之外，有些彗星的近日點離太陽足夠近，也會撞向太陽這顆宿主恒星。這種類似“飛蛾撲火”撲向太陽的彗星，被稱為掠日彗星。然而由于太陽光照導緻背景雜散光太強，經常淹沒掠日彗星的反照太陽光的信号，針對掠日彗星的監測發現，直到天基日冕儀的出現才引來爆發式的發展。

作為飛行在内太陽系的旗艦人造天體，帕克太陽探針在服役期間是否有機會飛掠侵入内太陽系的自然小天體（彗星或小行星）？如果有飛掠機會，能否近距離遙感拍照一睹小天體在近日點相位的活躍面貌，以及能否在太陽風的原位探測中識别釋放出來的氣體和塵埃？侵入内太陽系小天體演化到什麼樣的狀态？掠日彗星撞擊太陽日冕，沖擊太陽磁化大氣，又會發生什麼樣的過程？

帶着這些問題，beat365官方网站何建森課題組和合作者，開始針對内日球層行星際空間中“風塵冰石”奇緣的探索曆程。他們對國際天文學會（IAU）小天體數據庫的星曆和帕克太陽探針的星曆，進行全面比對評估，搜尋到一顆編号為322P的彗星有幸和帕克太陽探針交會 (He et al., 2021)。進一步計算發現，交會發生于322P剛過近日點不久，帕克太陽探針也正處于第三軌近日點附近。這次交會是發生在水星軌道以裡的自然小天體和人造天體的首次交會。322P彗星是SOHO飛船利用LASCO天基日冕儀發現第一批短周期彗星，然而當時隻能是遠遠地模糊地看着。相比之下，這次交會的距離則隻有一個日地天文單位的40分之一。

在交會發生前，為了從物理上更加深入認識322P彗星在其軌道近日點附近所可能發生的過程，何建森課題組與合作者發展建立了彗星塵埃粒子的動力學模型、彗星塵埃與太陽風相互作用的磁流體力學模型。他們模拟仿真了不同粒徑塵埃粒子在近日點附近釋放的運動軌迹演化，展示了亞微米塵埃粒子快速遠離太陽的運動過程。而且他們還模拟預測了彗星在三個不同活動水平下，塵埃等離子體對背景太陽風的質量加載、動量減速偏轉等改變性影響。

在交會發生後，通過進一步分析LASCO日冕儀和WISPR日球層成像儀等有效載荷的白光遙感觀測結果以及FIELDS電磁場等原位測量結果，何建森等得到322P彗星在近日點附近的質量釋放率/損失率不高于2噸每秒的結論。這比傳統的彗星靠近太陽的活動水平要低很多，所以作者推測322P彗星應該不是一顆傳統的彗星，而是處于向岩石性彗星演化的階段，其内部的冰質物應該已經大部分已經升華耗盡，留下大部分的可能是難熔的矽酸鹽物質。這樣的結果和推論促進了對太陽系中短周期彗星的演化曆史的認識。

圖-1. 關于帕克太陽探針(PSP)和322P彗星在内水星軌道區域的交會研究。(a & b)分别是LASCO-C2和C3日冕儀觀測到的322P彗星的運動的痕迹。(c & d) 針對322P彗星釋放不同粒徑大小的塵埃粒子受力和運動的模拟仿真。(e & f) 針對322P彗星塵埃等離子體與背景初生太陽風相互作用的磁流體力學模拟結果。（圖修改自He et al. (2021)）

關于少數掠過太陽大氣而幸存下來的掠日彗星（比如C/2011 W3掠日彗星），針對其無塵區的形成機制和噴氣氧離子的動力學過程，何建森課題組開展相應的研究 (Hou, He, et al., 2021)。他們在太陽日冕磁流體力學模拟的基礎上，加入兩種帶電粒子（塵埃粒子和氧離子），分别模拟塵埃帶電粒子和氧離子從彗星釋放後在日冕中的受力和運動過程。研究發現日冕磁場普遍存在的磁鏡結構，能夠在日心距離2個太陽半徑的地方有效反射塵埃粒子，使得塵埃粒子還沒完全熔融熱解就受力反彈，從而形成無塵區。針對氧離子的導心運動的模拟表明，氧離子的導心漂移運動在日冕環境中主要由太陽風源區的電場漂移占主導，而磁場不均勻性的梯度漂移和曲率漂移則是次要的。由此，作者提供一個建議，即可以利用掠日彗星的彗尾變形來推測日冕磁場拓撲形态的改變。

圖-2. 編号為C/2011 W3掠日彗星低空掠過太陽光球表面免遭撞擊幸存下來。該彗星釋放的塵埃粒子受太陽風源區日冕磁場鏡像結構的作用反彈，對太陽附近無塵區的形成有貢獻作用。(圖引自Hou, He, et al. (2021))

總而言之，内太陽系的行星際空間，是一個初生太陽風猛吹的區域，一個粉塵相對聚集甚至可能發生粉塵暴的區域，也是一個見證侵入内太陽系小天體顯著活動演化的區域。其中的“風塵冰石”奇緣，還有很多留待更深入的探索和揭秘。比如初生太陽風的湍動如何從亞阿爾芬湍動演變成超阿爾芬湍動？比如粉塵暴是否頻繁發生，為何發生，對航天器有何撞擊風險？比如是否有更多小的彗星和小行星在目前有限分辨率的日冕儀和日球層成像儀的眼皮底下，隐藏于内日球的行星際空間中？這些問題是内太陽系探測和研究值得考慮思索的有趣問題。

針對太陽、日球層及其行星際小天體等進行探測任務規劃與實施，成為國際各主要力量開展深空探測的主要目标之一。歐洲航天局在2015-2025的宇宙憧憬 (Cosmic Vision) 規劃周期裡立項實施了M級别的太陽軌道器任務 (Solar Orbiter) 和F級别的彗星攔截器計劃 (Interceptor)。關于彗星和小行星的探測已經列入我國的航天任務中，計劃在2026年完成近地小行星2016HO3的采樣返回，2032年飛抵主帶彗星311P進行環繞探測。關于太陽和日球層的立體探測，也作為我國空間探索任務規劃的設想之一（王赤等, 2022）。

參考文獻：

1. 塗傳诒、宗秋剛、何建森、田晖、王玲華 (2021). 日地空間物理學（第二版）上冊—日球層物理，科學出版社.

2. Fox, N. J., Velli, M. C., Bale, S. D., Decker, R., Driesman, A., Howard, R. A., ... & Szabo, A. (2016). The solar probe plus mission: humanity’s first visit to our star. Space Science Reviews, 204(1), 7-48.

3. Glassmeier, K. H., Boehnhardt, H., Koschny, D., Kührt, E., & Richter, I. (2007). The Rosetta mission: flying towards the origin of the solar system. Space Science Reviews, 128(1), 1-21.

4. Mann, I., Kimura, H., Biesecker, D. A., Tsurutani, B. T., Grün, E., McKibben, R. B., ... & Lamy, P. (2004). Dust near the Sun. Space science reviews, 110(3), 269-305.

5. He, J., Cui, B., Yang, L., Hou, C., Zhang, L., Ip, W. H., ... & Malaspina, D. M. (2021). The Encounter of the Parker Solar Probe and a Comet-like Object Near the Sun: Model Predictions and Measurements. The Astrophysical Journal, 910(1), 7.

6. Hou, C., He, J., Zhang, L., Wang, Y., & Duan, D. (2021). Dynamics of the charged particles released from a sungrazing comet in the solar corona. Earth and Planetary Physics, 5(3), 232-238.

7. 王赤, 時蓬, 宋婷婷, 魏海燕, 王琴, 範全林 (2022). 遠航2050：歐洲空間科學規劃及啟示，科技導報，40(4): 6-15.