发射太阳风机制的重要线索

德国马克斯·普朗克太阳系研究所Max Planck Institute for Solar System Research（MPS）的研究团队利用美国气象卫星GOES的观测数据，为解开秘密的太阳迈出了重要的一步：我们的恒星如何发射太阳风粒子飞向太空？ 这些数据提供了独特的视角观察太阳的日冕，也是至今让研究人员难以调查的关键区域。 该团队这回首次捕捉到细长网状结构的动态电浆网络。 加上来自其他太空探测器的数据和计算机计算的模拟，出现一幅清晰的影像：在细长的日冕结构网交互作用之下，磁能释放粒子射向太空。

自1974年以来，美国国家海洋暨大气总署（NOAA）的地球同步运行环境卫星（GOES）长期在大约36，000 公里的高度围绕地球运行，并不断回传与地球相关的数据，例如天气和风暴预报。 这些年以来，也扩充了更多的卫星。 现有三个新卫星加入，其身上配备了以紫外线观测太阳日冕的仪器，用于太空天气的预报。

2018年8月和9月期间展开了一项探索性的研究计划，对正在发生的日冕进行观测。 一个多月以来，GOES 的太阳紫外线成像仪（SUVI）不仅像往常一样正面观测太阳，而且还拍摄了侧面的影像，也包含了太阳动力学天文台（SDO）和太阳和日光层天文台（SOHO）的观测数据，以获得不同视角所组合出来的日冕影像。

太阳风是我们恒星显著的特征之一。 太阳向太空抛出的带电粒子流可一路传到太阳系的边缘，表示了太阳风影响的范围。 根据速度，可分为快速和慢速太阳风。 快速太阳风每秒可超过500公里，源头来自于日冕洞的内部，这些区域在紫外线的波段显得暗淡。 不过，慢速太阳风的来源区域不太确定。 但即使是缓慢的太阳风粒子，也能有每秒300到500公里的超音速。

在GOES的观测数据中，位于赤道附近有个区域引起了研究人员的兴趣：两个日冕洞，太阳风从强磁场的区域顺势离开太阳。 这个交互作用的环境被认为是慢速太阳风的可能起点。 在该位置的上方，GOES数据显示日冕中段区域，其细长电浆体结构的方向。 研究团队将这种现象称为日冕网coronal web，并首次直接目睹网状结构正不断地运动：动态的交互作用和重组。

研究人员早就知道外侧日冕的太阳电浆也有类似的结构。 25年来，SOHO探测器上的日冕仪LASCO长期提供该区域的可见光图像。 科学家们将外侧日冕中的喷射状气流解释为慢速太阳风的结构，从那里进到太空。 这回令人印象深刻的新研究成果表示，这种结构在日冕中段处也很活跃。

为了能更深入地了解这一现象，研究人员还分析了来自其他探测器的观测数据：NASA的太阳动力学天文台，和2006年以来在地球绕太阳轨道运行的STEREO-A探测器（从侧面观测太阳），再结合现在电脑资料计算，研究人员使用超级电脑，为日冕这其中难以捉摸的磁场构建逼真的3D模型。 在这项研究中，该团队使用高等磁流体力学（advanced magnetohydrodynamic， MHD）模型，来模拟该时间范围内，日冕的磁场和电浆状态。 执行模拟的Cooper Downs博士说：「这帮助我们把中段日冕所观察到的动力学，与太阳风形成理论串接起来。」 预计从现在到未来的太阳任务中，科学家将获得对太阳更深入、更详细的观点。 （编译/潘康娴）

图一：2018年8月17日的太阳大气层，中间区域的日冕磁场结构之电脑计算模拟结果。 图中显示的喷射状特征是来自观测日冕网底部的磁结构。 靠近太阳端的日冕主要为封闭式磁力线，并连至日冕外侧的开放式磁力线。

图二：2018年8月17日由GOES仪器SUVI和SOHO日冕仪LASCO拍摄所拼接的影像。 在白色圆圈之外，LASCO的影像显示慢速的太阳风，直接与日冕中段处的日冕网相接（白色圆圈内）。 慢速太阳风从长丝交互作用的日冕网射向太空。

资料来源： MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT & 期刊论文

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