从接近太阳表面吹来的风现在已经被一个敢于与伊卡洛斯相媲美的勇敢的太阳探测器追踪到了它的来源。
2021 年 11 月,帕克太阳探测器在不仅仅是头发烧焦的情况下略过850万公里(530万英里)的太阳,这一壮举使其能够探测到太阳风的精细结构,因为太阳风通过太阳日冕或大气中的一个洞将大量带电粒子喷入太阳系。
加州大学斯图尔特·贝尔领导的物理学家团队表示,探测器的读数使我们能够最接近地了解快速太阳风是如何产生的,这表明特定类型的磁重联是驱动这种强大自然力的原因、伯克利分校和马里兰大学帕克分校的詹姆斯·德雷克。
“风将大量信息从太阳带到地球,因此出于地球上的实际原因,了解太阳风背后的机制非常重要,”德雷克解释道。
“这将影响我们理解太阳如何释放能量和驱动的能力,这对我们的通信网络构成威胁。”
日冕洞听起来有点令人担忧,但它们是一种正常的太阳现象。太阳是一个磁性混乱,正如您在下面的可视化中看到的那样,其磁场的许多变化表现为日冕中的现象。当磁场线打开并向外扩展而不是形成闭环时,就会出现冕洞。
结果是日冕中出现一片温度较低、密度较低的等离子体。你不能仅仅通过看太阳来看到它(并不是说你应该在没有护目镜的情况下看太阳,不要这样做),但它会显示得更暗极紫外波长。
从这些区域会产生强大的太阳风。这些风不受通常磁场的限制,以每秒约 800 公里(500 英里)的速度冲入太空,快两倍作为平均太阳风。
它将带电粒子吹入太阳系深处;在地球上,它们可以与我们的高层大气相互作用,产生壮观的并干扰卫星运行和无线电通信。
在太阳11年的活动周期中,日冕洞随时可能出现。当太阳处于活动最小点或太阳极小期时,它们往往会徘徊在两极周围。但在,当太阳磁极交换位置时,并且,日冕洞变得越来越多,并且在所有纬度上都显得很漂亮,并且更快的太阳风指向我们的方向。
当帕克号于 2021 年 11 月近距离接近太阳时,这些日冕洞之一偶然出现,以便探测器能够收集迄今为止对这些区域之一最接近的观测结果。
研究小组表示,所得数据显示日冕洞有点像淋浴喷头。大致均匀间隔的喷流从磁力线“漏斗”进出太阳表面的地方喷出。
“光球层被对流细胞覆盖,就像在沸腾的水中一样,更大规模的对流流动被称为超颗粒化,”贝尔解释道。
“在这些超颗粒细胞相遇并向下移动的地方,它们将路径中的磁场拖入这种向下的漏斗中。那里的磁场变得非常强烈,因为它被堵塞了。
“这就像一勺磁场进入排水沟。这些小排水沟、这些漏斗的空间分离,就是我们现在通过太阳探测器数据看到的。”
在太阳上磁场复杂的地方,事情可能会变得有点疯狂。磁场线会缠结、折断,然后重新连接。这种磁重联是一个剧烈的过程,会释放大量能量。
产生太阳风的一种可能方式是开放磁场和闭合磁场在称为交换重联的过程中重新连接。另一种可能的解释是冕洞中的电磁波(称为阿尔文波)对粒子的加速,这种电磁波是由对流流和磁场之间的相互作用产生的。
研究人员发现,帕克对粒子以令人难以置信的高速度行进进行了计时,速度是平均太阳风速度的 10 到 100 倍。他们说,这比阿尔芬波加速更符合立交重联,并且符合基于帕克数据的其他最新发现。
“最重要的结论是,这些漏斗结构内的磁重联提供了快速太阳风的能源,”贝尔说。
“它不仅仅来自冕洞中的任何地方,它还存在于冕洞内这些超颗粒细胞的子结构中。它来自与对流相关的这些小磁能束。我们认为,我们的结果是强有力的证据正是重新连接才做到了这一点。”
研究结果发表于自然。