美国国家航空航天局和欧洲航天局的任务帮助科学家发现太阳风是如何获得能量的
（蜘蛛网eeook.com）据美国宇航局：自20世纪60年代以来，天文学家一直想知道太阳的超音速“太阳风”，即流入太阳系的高能粒子流，在离开太阳后是如何继续接收能量的。现在，多亏了美国国家航空航天局（NASA）和欧洲航天局（ESA）/NASA航天器的幸运阵容，他们可能已经找到了答案——这些知识是帮助科学家更好地预测太阳和地球之间太阳活动的关键部分。
2024年8月30日发表在《科学》杂志上的一篇论文提供了有说服力的证据，表明最快的太阳风是由太阳附近磁场中的磁性“转向”或大扭结驱动的。
“我们的研究解决了一个关于太阳风如何被激发的巨大悬而未决的问题，并帮助我们了解太阳如何影响其环境，最终影响地球，”该研究的共同负责人、史密森天体物理天文台的博士后研究员Yeimy Rivera说，该天文台是哈佛大学和史密森天体物理中心的一部分。“如果这一过程发生在我们的本地恒星上，那么这极有可能会为银河系内外其他恒星的风提供动力，并可能对系外行星的宜居性产生影响。”
这位艺术家的概念展示了太阳磁场中的转向或大扭结。图像：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心/概念图像实验室/阿德里安娜·曼里克·古铁雷斯
此前，美国国家航空航天局的帕克太阳探测器发现，这些转向在整个太阳风中都很常见。帕克于2021年成为第一艘进入太阳磁性大气层的航天器，使科学家们能够确定，在靠近太阳的地方，转向变得更加明显和强大。然而，到目前为止，科学家们还缺乏实验证据证明这种有趣的现象实际上储存了足够的能量，在太阳风中很重要。
“大约三年前，我在演讲中谈到了这些波是多么迷人，”合著者、天体物理中心的天体物理学家Mike Stevens说。“最后，一位天文学教授站起来说，‘这很好，但它们真的重要吗？’”
为了回答这个问题，科学家团队不得不使用两个不同的航天器。帕克是为穿越太阳大气层或“日冕”而建造的。欧洲航天局和美国国家航空航天局的太阳轨道飞行器任务也在一个相对靠近太阳的轨道上，它可以在更远的距离测量太阳风。
这一发现之所以成为可能，是因为2022年2月的一次巧合对齐，使帕克太阳探测器和太阳轨道器能够在两天内测量到相同的太阳风流。当帕克绕过太阳磁性大气层的边缘时，太阳轨道飞行器已经接近太阳的一半。
这张概念图显示了帕克太阳探测器即将进入日冕。图像：美国国家航空航天局/约翰霍普金斯大学APL/本·史密斯
一位艺术家的概念图展示了太阳轨道器在太阳附近。图像：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心概念图像实验室
天体物理中心的天体物理学家、该研究的另一位联合负责人塞缪尔·巴德曼说：“我们最初根本没有意识到帕克和太阳轨道器测量的是同一件事。帕克在太阳附近看到了这个速度较慢的电浆，里面充满了折返波，然后太阳轨道器记录了一个快速的流，它接收了热量，波活动很小。”。“当我们将两者联系起来时，那是一个真正的尤里卡时刻。”
科学家们早就知道，能量在整个日冕和太阳风中移动，至少部分是通过所谓的“阿尔芬波”。这些波通过等离子体传输能量，等离子体是构成太阳风的物质的过热状态。
然而，阿尔芬波在太阳和地球之间的演变和与太阳风的相互作用程度无法测量，直到这两个任务同时比以往任何时候都更靠近太阳。现在，科学家们可以直接确定日冕附近这些波的磁场和速度波动中储存了多少能量，以及离太阳更远的波携带的能量减少了多少。
新的研究表明，以折返形式出现的阿尔芬波提供了足够的能量来解释太阳风在远离太阳时更快的气流中记录的加热和加速。
麻省理工学院名誉教授约翰·贝尔彻说：“我们花了半个多世纪的时间才证实阿尔芬波加速和加热是重要的过程，它们的发生方式与我们想象的大致相同。”贝尔彻是太阳风中阿尔芬波的共同发现者，但没有参与这项研究。
除了帮助科学家更好地预测太阳活动和空间天气外，这些信息还有助于我们了解其他地方宇宙的奥秘，以及类太阳恒星和恒星风是如何在任何地方运作的。
美国国家航空航天局帕克太阳探测器任务科学负责人Adam Szabo说：“这一发现是回答50年前太阳风如何在日光层最内层加速和加热的问题的关键拼图之一，使我们更接近帕克太阳探测器任务的主要科学目标之一。”。
作者：梅根·沃茨克
哈佛与史密森天体物理中心
