太阳⻛起源之谜的新线索

作者: 不⼆北⽃

来源: https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade5801

发布日期: 2023-08-25 20:30:56

环⽇轨道器上的极紫外成像仪(EUI)拍摄的太阳南极图⽚,揭示了与太阳⼤⽓中喷射出的⼩型等离⼦体喷流有关的微弱⽽短寿命的特征,这些特征只在被称为冕洞的⿊暗区域被观察到。这些观测结果挑战了传统太阳⻛均匀粒⼦流的观点,显示太阳⻛可能起源于许多微⼩的喷流。这些喷流所传输的能量⾮常⼩,被称为⽪耀斑喷流,它们正在驱逐太阳⻛中的⼤部分物质。

太阳⻛是由被称为等离⼦体的带电粒⼦组成的。这些带电的等离⼦体不断地从太阳流出,以极⾼的速度在⾏星际空间中传播。当太阳⻛接近地球,并与地球磁场相互作⽤时,就会产⽣绚丽⽆⽐的极光。尽管太阳⻛是太阳的⼀个基本特征,但实际上,关于太阳⻛是如何产⽣的,以及具体是在哪⾥产⽣的,⼀直是⼀个未解的谜题。

现在,在有着迄今为⽌“送往太阳的最复杂科学实验室”之称的环⽇轨道器(Solar Orbiter)的帮助下,我们离答案更近了⼀步。环⽇轨道器上的极紫外成像仪(EUI),能够提供前所未有的⾼分辨率、⾼步频图像。2022年3⽉30⽇,由EUI所拍摄的太阳南极图⽚,揭示了⼀系列微弱⽽短寿命的特征,这些特征与太阳⼤⽓中喷射出的⼩型等离⼦体喷流有关。

具体说来,研究团队只在⼀个地⽅观察到了这些微⼩的特征——⼀个被称为冕洞的⿊暗区域。冕洞是太阳上有着“开放”的磁场线的区域,这些区域是太阳磁场中暂时性的空隙。等离⼦体可以沿着这些开放的磁场线向外流动,进⼊太空。⻓期以来,科学家们⼀直认为它们是太阳⻛的起源,却不知道它们是如何喷出的。

传统情况下,太阳⻛被认为是⼀种均匀的粒⼦流,只有在经过很⻓⼀段时间才会产⽣波动。然⽽,新的观测结果却挑战了这⼀观点。图像显示,太阳⻛似乎起源于许多微⼩的喷流,这些喷流在⼩尺度上变化。研究⼈员之所以能够观测到这些微⼩的喷流,是因为环⽇轨道器⻜到了距太阳仅4500万千⽶的位置,这是⾮常近的距离,⽐⽔星的公转轨道还近。

新的观测结果显示,每个喷流所传输的能量是⾮常⼩的,⼤约是⽇冕现象中最⾼能的爆炸——X级太阳耀斑的万亿分之⼀。它的能量甚⾄⽐⽇冕现象中能量最低的爆炸,即所谓的纳耀斑,还要更低,⼤约是纳耀斑的能量的1/1000左右。这就是为什么研究⼈员称它们为⽪(10-12)耀斑喷流。此外,新拍摄到的图像还显示,这些微⼩的喷流⽆处不在,这意味着它们正在驱逐我们在太阳⻛中所看到的⼤部分物质。

⽽且甚⾄可能会有更⼩、更频繁的事件存在。⽬前,环⽇轨道器仍在靠近太阳⾚道的地⽅绕太阳运⾏,所以在这些观测中,EUI在以掠射⻆的⽅位眺望太阳南极。当从这样的侧⾯⻆度观测这些微⼩喷流时,它们的⼀些特性很难被测量。不过在⼏年之内,研究⼈员将能从不同于任何其他望远镜或天⽂台的⻆度来观测它们。这是因为随着任务的继续,航天器的轨道将逐渐向极地地区倾斜。

与此同时,太阳⽬前正在接近或可能已经达到其11年活动周期的⾼峰,冕洞也将开始在许多不同的纬度显现,为研究太阳的科学家们提供⼀个独特的新视⻆。

太阳是唯⼀⼀颗我们能以如此详细的细节观测其⼤⽓层的恒星,但很可能同样的过程也在其他恒星上发⽣。所以,这些观测结果可以扩展为对基本天体物理过程的了解。

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