地球上有史以來最快的風速可以達到每小時200多英里，那么來自太陽的風有多快呢？在2023年6月7日發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文中，一個研究小組利用美國宇航局帕克太陽探測器的數(shù)據(jù)來解釋太陽風為何能夠超過每小時100萬英里的速度。他們發(fā)現(xiàn)，太陽表面附近的磁場所釋放的能量足以驅(qū)動快速的太陽風，它是由被稱為等離子體的電離粒子組成，從太陽向外流動。
馬里蘭大學物理系和物理科學與技術(shù)研究所（IPST）的杰出大學教授James Drake與第一作者加州大學伯克利分校的Stuart Bale共同領(lǐng)導這項研究。德雷克說，自20世紀50年代以來，科學家們一直試圖了解太陽風的驅(qū)動力--隨著世界比以往任何時候都更加相互聯(lián)系，對地球的影響是非常大的。
太陽風形成了一個巨大的磁泡，被稱為日光層，保護我們太陽系的行星不受圍繞銀河系的高能宇宙射線的侵襲。然而，太陽風也攜帶等離子體和太陽的部分磁場，它們可以撞上地球的磁層并造成干擾，包括地磁暴。
(相關(guān)資料圖)
藝術(shù)家對帕克太陽探測器航天器接近太陽的概念。資料來源：美國航空航天局/約翰霍普金斯大學APL/Steve Gribben
這些風暴發(fā)生在太陽經(jīng)歷更多的動蕩活動時，包括太陽耀斑和巨大的等離子體驅(qū)逐到空間，被稱為日冕物質(zhì)噴射。地磁暴是在地球兩極附近可以看到的壯觀的極光表演的原因，但在其最強大的時候，它們可以使一個城市的電網(wǎng)癱瘓，甚至可能破壞全球通信。這種事件雖然罕見，但對太空中的宇航員來說也是致命的。
德雷克說："風將大量信息從太陽帶到地球，因此了解太陽風背后的機制對地球上的實際原因很重要。這將影響我們了解太陽如何釋放能量并驅(qū)動地磁暴的能力，而地磁暴是對我們通信網(wǎng)絡的威脅。"
以前的研究顯示，太陽的磁場在某種程度上驅(qū)動著太陽風，但研究人員并不清楚其背后的機制。今年早些時候，德雷克與人合作撰寫了一篇論文，認為太陽風的加熱和加速是由磁重聯(lián)驅(qū)動的--這是德雷克在科學生涯中致力于研究的過程。
作者解釋說，整個太陽表面覆蓋著熱等離子體的小"噴流"，它們被磁重聯(lián)向上推動，當指向相反方向的磁場交叉連接時就會發(fā)生。反過來，這引發(fā)了大量能量的釋放。
美國宇航局的帕克太陽探測器飛過太陽的高層大氣--日冕--并對那里的粒子和磁場進行采樣。這是歷史上第一次有航天器接觸到太陽。資料來源：本-史密斯/應用物理實驗室/美國航空航天局
德雷克說："兩個指向相反方向的物質(zhì)往往最終互相湮滅，在這種情況下會釋放出磁能。發(fā)生在太陽上的這些爆炸都是由這種機制驅(qū)動的。這是磁場的湮滅。"
為了更好地了解這些過程，《自然》雜志新論文的作者使用帕克太陽探測器的數(shù)據(jù)來分析從日冕--太陽最外層和最熱的一層流出來的等離子體。2021年4月，帕克成為第一個進入太陽日冕的航天器，此后一直在向太陽靠近。本文引用的數(shù)據(jù)是在13個太陽半徑的距離上拍攝的，也就是離太陽大約560萬英里。
德雷克說："當你非常接近太陽時，你開始看到你在地球上看不到的東西。所有環(huán)繞地球的衛(wèi)星離太陽有210個太陽半徑，而現(xiàn)在我們已經(jīng)降到了13個。我們的距離已經(jīng)接近了。"
利用這些新數(shù)據(jù)，《自然》論文的作者首次提供了發(fā)生在日冕洞的磁能爆發(fā)的特征，日冕洞是太陽磁場中的開口，也是太陽風的來源。
研究人員證明，開放和封閉的磁場之間的磁重聯(lián)--即所謂的互換連接--是一個連續(xù)的過程，而不是以前認為的一系列孤立的事件。這使他們得出結(jié)論，驅(qū)動受熱等離子體向外噴射的磁能釋放速度強大到足以克服重力并產(chǎn)生太陽的快速風。
通過了解太陽上不斷發(fā)生的這些較小的能量釋放，研究人員希望了解甚至可能預測將等離子體發(fā)射到太空過程中產(chǎn)生的更大和更危險的爆發(fā)。除了對地球的影響之外，這項研究的結(jié)果也可以應用于天文學的其他領(lǐng)域。
德雷克說："風是由整個宇宙中的物體產(chǎn)生的，所以了解是什么驅(qū)動了來自太陽的風具有廣泛的意義。例如，來自恒星的風在保護行星系統(tǒng)不受銀河系宇宙射線的影響方面起著至關(guān)重要的作用，而銀河系宇宙射線可能會影響到可居住性。"
這不僅有助于我們對宇宙的了解，也可能有助于在其他行星上尋找生命。
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