太阳风起源之谜的新线索

本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：不二北斗，题图来自：视觉中国

太阳风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。当太阳风接近地球，并与地球磁场相互作用时，就会产生绚丽无比的极光。

尽管太阳风是太阳的一个基本特征，但实际上，关于太阳风是如何产生的，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。

挑战传统观点

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。长期以来，科学家们一直认为它们是太阳风的起源，却不知道它们是如何喷出的。

冕洞在太阳的左下方呈现出一个大致半圆形的黑暗区域。在冕洞内，可以看到大量明亮的喷流。圆圈表示地球的大小。（图/ESA & NASA/Solar Orbiter/EUI Team/Lakshmi Pradeep Chitta）

传统情况下，太阳风被认为是一种均匀的粒子流，只有在经过很长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，太阳风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，是因为环日轨道器飞到了距太阳仅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。

这组图像显示了大量微小的物质喷流从太阳的外层大气中逸出。每个喷流仅持续20到100秒，速度约为100千米/秒。这些事件可能是人们长期寻找的“太阳风”的起源。（图/ESA & NASA/Solar Orbiter/EUI Team/Lakshmi Pradeep Chitta）

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风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。

从太阳到其他恒星

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在以掠射角的方位眺望太阳南极。当从这样的侧面角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角度来观测它们。

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角。

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。

参考来源：

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

https://www.mps.mpg.de/7695181/pm-20230830-mini-plasmastroeme-als-antrieb-des-sonnenwindes

https://www.nature.com/articles/d41586-023-02668-5

本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：不二北斗