美國國家航空航天局和歐洲航天局的任務(wù)幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽風(fēng)是如何獲得能量的 _美國

據(jù)美國宇航局：自20世紀(jì)60年代以來，天文學(xué)家一直想知道太陽的超音速“太陽風(fēng)”，即流入太陽系的高能粒子流，在離開太陽后是如何繼續(xù)接收能量的。現(xiàn)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(yùn)陣容，他們可能已經(jīng)找到了答案——這些知識(shí)是幫助科學(xué)家更好地預(yù)測太陽和地球之間太陽活動(dòng)的關(guān)鍵部分。
2024年8月30日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一篇論文提供了有說服力的證據(jù)，表明最快的太陽風(fēng)是由太陽附近磁場中的磁性“轉(zhuǎn)向”或大扭結(jié)驅(qū)動(dòng)的。
“我們的研究解決了一個(gè)關(guān)于太陽風(fēng)如何被激發(fā)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(huán)境，最終影響地球，”該研究的共同負(fù)責(zé)人、史密森天體物理天文臺(tái)的博士后研究員Yeimy Rivera說，該天文臺(tái)是哈佛大學(xué)和史密森天體物理中心的一部分。“如果這一過程發(fā)生在我們的本地恒星上，那么這極有可能會(huì)為銀河系內(nèi)外其他恒星的風(fēng)提供動(dòng)力，并可能對(duì)系外行星的宜居性產(chǎn)生影響。”

這位藝術(shù)家的概念展示了太陽磁場中的轉(zhuǎn)向或大扭結(jié) 。圖像：美國國家航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心/概念圖像實(shí)驗(yàn)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(fā)現(xiàn) ，這些轉(zhuǎn)向在整個(gè)太陽風(fēng)中都很常見。帕克于2021年成為第一艘進(jìn)入太陽磁性大氣層的航天器，使科學(xué)家們能夠確定，在靠近太陽的地方，轉(zhuǎn)向變得更加明顯和強(qiáng)大。然而，到目前為止，科學(xué)家們還缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明這種有趣的現(xiàn)象實(shí)際上儲(chǔ)存了足夠的能量，在太陽風(fēng)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(xué)家Mike Stevens說。“最后，一位天文學(xué)教授站起來說，‘這很好，但它們真的重要嗎？’”
為了回答這個(gè)問題，科學(xué)家團(tuán)隊(duì)不得不使用兩個(gè)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(wù)也在一個(gè)相對(duì)靠近太陽的軌道上，它可以在更遠(yuǎn)的距離測量太陽風(fēng) 。
這一發(fā)現(xiàn)之所以成為可能，是因?yàn)?022年2月的一次巧合對(duì)齊，使帕克太陽探測器和太陽軌道器能夠在兩天內(nèi)測量到相同的太陽風(fēng)流。當(dāng)帕克繞過太陽磁性大氣層的邊緣時(shí)，太陽軌道飛行器已經(jīng)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(jìn)入日冕。圖像：美國國家航空航天局/約翰霍普金斯大學(xué)APL/本·史密斯

一位藝術(shù)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(dá)德太空飛行中心概念圖像實(shí)驗(yàn)室
天體物理中心的天體物理學(xué)家、該研究的另一位聯(lián)合負(fù)責(zé)人塞繆爾·巴德曼說：“我們最初根本沒有意識(shí)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(gè)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(gè)快速的流，它接收了熱量，波活動(dòng)很小。” 。“當(dāng)我們將兩者聯(lián)系起來時(shí)，那是一個(gè)真正的尤里卡時(shí)刻。”
科學(xué)家們?cè)缇椭?nbsp;，能量在整個(gè)日冕和太陽風(fēng)中移動(dòng) ，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(gòu)成太陽風(fēng)的物質(zhì)的過熱狀態(tài) 。
然而，阿爾芬波在太陽和地球之間的演變和與太陽風(fēng)的相互作用程度無法測量，直到這兩個(gè)任務(wù)同時(shí)比以往任何時(shí)候都更靠近太陽。現(xiàn)在，科學(xué)家們可以直接確定日冕附近這些波的磁場和速度波動(dòng)中儲(chǔ)存了多少能量，以及離太陽更遠(yuǎn)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(xiàn)的阿爾芬波提供了足夠的能量來解釋太陽風(fēng)在遠(yuǎn)離太陽時(shí)更快的氣流中記錄的加熱和加速。
麻省理工學(xué)院名譽(yù)教授約翰·貝爾徹說：“我們花了半個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間才證實(shí)阿爾芬波加速和加熱是重要的過程，它們的發(fā)生方式與我們想象的大致相同。”貝爾徹是太陽風(fēng)中阿爾芬波的共同發(fā)現(xiàn)者，但沒有參與這項(xiàng)研究。
除了幫助科學(xué)家更好地預(yù)測太陽活動(dòng)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(fēng)是如何在任何地方運(yùn)作的。
美國國家航空航天局帕克太陽探測器任務(wù)科學(xué)負(fù)責(zé)人Adam Szabo說：“這一發(fā)現(xiàn)是回答50年前太陽風(fēng)如何在日光層最內(nèi)層加速和加熱的問題的關(guān)鍵拼圖之一，使我們更接近帕克太陽探測器任務(wù)的主要科學(xué)目標(biāo)之一。” 。
作者：梅根·沃茨克哈佛與史密森天體物理中心

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