美国宇航局帕克太阳探测器任务的科学家们发现了关于太阳风起源的重要新线索——太阳释放的持续不断的带电粒子流充满了太阳系。
来自多个空间和地面天文台的观测表明，太阳风可能主要由日冕底部的小型喷流或“喷流”提供燃料，即太阳的上层大气。这一发现正在帮助科学家们更好地理解 60 年来加热和加速太阳风的奥秘。
“这项新数据向我们展示了太阳风是如何从源头开始的，”马里兰州劳雷尔约翰霍普金斯应用物理实验室 (APL) 的研究负责人兼帕克太阳探测器项目科学家 Nour Raouafi 说。“你可以看到太阳风的流动从遍布日冕底部的百万度等离子体的微小射流中升起。这些发现将对我们对日冕和太阳风等离子体的加热和加速的理解产生巨大影响。 “
了解太阳风是我们了解太阳系和整个宇宙其他事物的基础，也是帕克太阳探测器任务的主要科学目标。太阳风由电子、质子和较重的离子组成，以大约每小时 100 万英里的速度穿过太阳系。
当太阳风与地球磁场相互作用时，它会产生令人惊叹的极光以及 GPS 和通信系统的中断。随着时间的推移，太阳风和其他太阳系的恒星风也会影响行星大气的组成和演化——甚至影响行星的宜居性。
人多势众
在地球上，太阳风通常是持续不断的微风。因此，科学家们一直在寻找可以持续为太阳风提供能量的稳定源。然而，新发现——已被《天体物理学杂志》接受并发表在ArXiv上——表明太阳风可能主要由间歇性喷发到日冕下部的单个喷流提供能量和燃料。虽然每个喷射流都相对较小——只有几百英里长——但它们的总能量和质量足以产生太阳风。
太阳物理学家克雷格·德福雷斯特 (Craig DeForest) 说：“这一结果表明，基本上所有的太阳风都可能间歇性地释放，变成稳定的气流，就像观众鼓掌时礼堂里的个人拍手声变成稳定的轰鸣声一样。”在科罗拉多州博尔德的西南研究所，并与新论文合着。“这改变了我们如何看待太阳风某些方面的范式。”
十多年前首次观察到的喷流已知是由称为磁重联的过程引起的，该过程发生在磁场线缠结并爆炸性重新排列时。重新连接是称为等离子体的带电气体中的一个常见过程，从太阳到近地空间再到黑洞周围的宇宙中都存在这种现象。在日冕中，重新连接会产生这些短暂的等离子体射流，这些等离子体射流将能量和物质传递到上层日冕中，并以太阳风的形式逃离太阳系。
为了研究喷流和磁场，科学家们主要使用了太阳动力学天文台(SDO) 和地球同步运行环境卫星-R 系列太阳紫外线成像仪 (GOES-R/SUVI) 仪器的观测结果，以及高分辨率磁场来自加利福尼亚大熊太阳天文台古德太阳望远镜的数据。
整个研究是由帕克太阳探测器首次观察到的一种现象驱动的，这种现象称为折返——太阳风中的磁性之字形结构。从多个角度进行的观察，以及这些视图的高分辨率和帕克太阳探测器的近距离观察相结合，帮助科学家们了解了喷流的集体行为。
“以前，我们无法检测到足够多的此类事件来解释观察到的来自太阳的质量和能量流，”该论文的合著者、位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的太阳物理学家朱迪卡彭说。“但是改进的观察分辨率和细致的数据处理使新发现成为可能。”
观测表明，喷流存在于整个太阳的低层太阳大气中。这使它们成为持续不断的太阳风的可靠驱动力，这与太阳耀斑和日冕物质抛射等随着 11 年太阳活动周期而消长的其他现象相反。此外，科学家们计算出，喷流产生的能量和质量可以提供太阳风中所见的大部分(如果不是全部)能量和质量。
几十年来的突破
太阳风最早是在 1950 年代后期由富有远见的科学家尤金·帕克提出的，他与帕克太阳探测器同名。1988 年，帕克提出日冕可以被“纳米耀斑”加热，这是太阳大气层上的微小爆炸。帕克的理论最终成为解释太阳风加热和加速的主要候选者。
“在某种程度上，我们观察到的微小重联事件是 Eugene Parker 在三十多年前提出的，”Raouafi 说。“我相信我们正走在理解太阳风和日冕加热的正确道路上。”
帕克太阳探测器和其他仪器(例如 NASA 的统一日冕层和日光层的旋光仪，或 PUNCH)和 Daniel K. Inouye 太阳望远镜的持续观测将帮助科学家确认喷流是否是太阳风的主要来源。
“这些发现使得解释太阳风如何加速和加热变得更加容易，”DeForest 说。“我们还没有完成这个谜题，但这是理解太阳物理学核心奥秘的重要一步。”
Parker Solar Probe 是作为 NASA 与星星共存计划的一部分开发的，旨在探索直接影响生命和社会的日地系统的各个方面。与星星一起生活计划由该机构位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心为位于华盛顿的美国宇航局科学任务理事会管理。约翰霍普金斯应用物理实验室设计、建造、管理和运营航天器。