ESA的Solar Orbiter任务在太阳风这一令人困惑的特征与太阳活动之间建立了新的联系。飞船穿过了一个大型磁场“回折结构”——太阳风磁场中呈S形反转的结构——并采集了粒子样本。这些粒子的组成特征指向太阳表面附近的高温磁环。
这一发现意义重大，因为回折结构是太阳不断变化的磁环境的一部分。了解它们如何形成，可以帮助科学家更好地认识太阳物质和磁场如何释放到太空中，而这些过程会推动空间天气，并可能促成危险的太阳风暴。
对磁场扭结的近距离采样
太阳风是来自太阳的高温带电等离子体持续外流。它将磁力线携带到整个太阳系。这些磁力线并不会始终保持平滑：它们可能弯曲、折叠、断裂并重新连接。回折结构就是其中一种畸变，其特点是磁场方向短暂反转。
Solar Orbiter此前曾在2022年远程观测到一个回折结构，并确认其呈S形，这是研究人员此前预测的几何形态。在较新的观测中，飞船穿过了一个特别巨大的回折结构，使其仪器有机会直接检查结构内部的等离子体，而不是从远处推断其组成。
在相遇时，Solar Orbiter位于地球与太阳之间大约一半的位置。它搭载的太阳风分析仪测量了结构中的带电粒子，包括氧离子和碳离子。据ESA介绍，这种混合物携带的特征只能由靠近太阳表面的高温磁环产生。
交换重联的证据
科学家一直在争论回折结构如何形成，而这次观测并不支持在所有细节上都采用简单的二选一答案。但采集到的粒子为一种称为交换重联的过程提供了证据。
在这一过程中，扎根于太阳附近封闭磁环中的磁力线，会与延伸到行星际空间的磁力线重新连接。这种重排可以让与高温磁环相关的等离子体沿着开放的磁通道逃逸，并携带其来源地的成分记录。ESA称，测得的离子混合物是支持这一形成机制的“确凿证据”。
这一结果的意义超越了太阳风中某一个弯曲结构。它将远离太阳观测到的结构与表面的磁活动联系起来，而太阳表面的磁场一直在不断重塑。这种关系有助于科学家检验太阳风如何生成，以及它为何会包含突然的磁场反转等模型。
太阳磁场行为为何重要
太阳磁场支配着太阳向外表现出的许多特征。它影响太阳大气，引导等离子体流，并在爆发过程中发挥核心作用；这些爆发可能将高能粒子和磁扰动送入太空。当太阳活动影响地球时，可能会干扰卫星、无线电通信、导航服务和电力系统。
回折结构本身并不能预测某一场特定的太阳风暴。它们的价值在于科学研究：它们是探测塑造太阳风的磁过程的天然工具。通过将其中一个结构与来自太阳表面高温磁环的等离子体联系起来，Solar Orbiter为研究人员提供了有关太阳附近运行机制的直接线索。
这项任务旨在结合对太阳风的近距离测量，以及对太阳及其磁环境的观测。它的轨道和仪器组合使研究人员能够将局部粒子数据与太阳大气中的大型结构联系起来。这一新结果展示了这种方法的价值：即使飞船在远离太阳表面的地方遭遇某个结构，仍然可以保存其源头环境的证据。
太阳风研究的下一步
这次观测加入了不断扩大的研究工作，旨在解决太阳风如何加速以及如何形成结构的问题。研究人员还需要进一步的遭遇观测和测量，以确定这种粒子特征在不同类型的回折结构和太阳条件下有多常见。
目前，Solar Orbiter已经提供了一个来自大型回折结构内部的罕见原位样本，以及清晰的起源线索。任务对氧离子和碳离子的测量，将太空中短暂的磁场扭结与太阳外层大气中的重联联系起来，推进了科学家对这座从恒星延伸至整个太阳系、始终处于变化中的磁性结构的追踪。
本文基于esa.int的报道。阅读原文。
Originally published on esa.int