美國國家航空航天局和歐洲航天局的任務幫助科學家發現太陽風是如何獲得能量的 _美國

據美國宇航局：自20世紀60年代以來，天文學家一直想知道太陽的超音速“太陽風”，即流入太陽系的高能粒子流，在離開太陽后是如何繼續接收能量的。現在，多虧了美國國家航空航天局（NASA）和歐洲航天局（ESA）/NASA航天器的幸運陣容，他們可能已經找到了答案——這些知識是幫助科學家更好地預測太陽和地球之間太陽活動的關鍵部分。
2024年8月30日發表在《科學》雜志上的一篇論文提供了有說服力的證據，表明最快的太陽風是由太陽附近磁場中的磁性“轉向”或大扭結驅動的。
“我們的研究解決了一個關于太陽風如何被激發的巨大懸而未決的問題，并幫助我們了解太陽如何影響其環境，最終影響地球，”該研究的共同負責人、史密森天體物理天文臺的博士后研究員Yeimy Rivera說，該天文臺是哈佛大學和史密森天體物理中心的一部分。“如果這一過程發生在我們的本地恒星上，那么這極有可能會為銀河系內外其他恒星的風提供動力，并可能對系外行星的宜居性產生影響。”

這位藝術家的概念展示了太陽磁場中的轉向或大扭結。圖像：美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心/概念圖像實驗室/阿德里安娜·曼里克·古鐵雷斯
此前，美國國家航空航天局的帕克太陽探測器發現，這些轉向在整個太陽風中都很常見。帕克于2021年成為第一艘進入太陽磁性大氣層的航天器，使科學家們能夠確定，在靠近太陽的地方，轉向變得更加明顯和強大。然而，到目前為止，科學家們還缺乏實驗證據證明這種有趣的現象實際上儲存了足夠的能量，在太陽風中很重要。
“大約三年前，我在演講中談到了這些波是多么迷人，”合著者、天體物理中心的天體物理學家Mike Stevens說。“最后，一位天文學教授站起來說，‘這很好，但它們真的重要嗎？’”
為了回答這個問題，科學家團隊不得不使用兩個不同的航天器。帕克是為穿越太陽大氣層或“日冕”而建造的。歐洲航天局和美國國家航空航天局的太陽軌道飛行器任務也在一個相對靠近太陽的軌道上，它可以在更遠的距離測量太陽風。
這一發現之所以成為可能，是因為2022年2月的一次巧合對齊，使帕克太陽探測器和太陽軌道器能夠在兩天內測量到相同的太陽風流。當帕克繞過太陽磁性大氣層的邊緣時，太陽軌道飛行器已經接近太陽的一半。

這張概念圖顯示了帕克太陽探測器即將進入日冕。圖像：美國國家航空航天局/約翰霍普金斯大學APL/本·史密斯

一位藝術家的概念圖展示了太陽軌道器在太陽附近。圖像：美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心概念圖像實驗室
天體物理中心的天體物理學家、該研究的另一位聯合負責人塞繆爾·巴德曼說：“我們最初根本沒有意識到帕克和太陽軌道器測量的是同一件事。帕克在太陽附近看到了這個速度較慢的電漿，里面充滿了折返波，然后太陽軌道器記錄了一個快速的流，它接收了熱量，波活動很小。” 。“當我們將兩者聯系起來時，那是一個真正的尤里卡時刻。”
科學家們早就知道，能量在整個日冕和太陽風中移動，至少部分是通過所謂的“阿爾芬波” 。這些波通過等離子體傳輸能量，等離子體是構成太陽風的物質的過熱狀態。
然而，阿爾芬波在太陽和地球之間的演變和與太陽風的相互作用程度無法測量，直到這兩個任務同時比以往任何時候都更靠近太陽。現在，科學家們可以直接確定日冕附近這些波的磁場和速度波動中儲存了多少能量，以及離太陽更遠的波攜帶的能量減少了多少。
新的研究表明，以折返形式出現的阿爾芬波提供了足夠的能量來解釋太陽風在遠離太陽時更快的氣流中記錄的加熱和加速。
麻省理工學院名譽教授約翰·貝爾徹說：“我們花了半個多世紀的時間才證實阿爾芬波加速和加熱是重要的過程，它們的發生方式與我們想象的大致相同。”貝爾徹是太陽風中阿爾芬波的共同發現者，但沒有參與這項研究。
除了幫助科學家更好地預測太陽活動和空間天氣外，這些信息還有助于我們了解其他地方宇宙的奧秘，以及類太陽恒星和恒星風是如何在任何地方運作的。
美國國家航空航天局帕克太陽探測器任務科學負責人Adam Szabo說：“這一發現是回答50年前太陽風如何在日光層最內層加速和加熱的問題的關鍵拼圖之一，使我們更接近帕克太陽探測器任務的主要科學目標之一。” 。
作者：梅根·沃茨克哈佛與史密森天體物理中心