迴轉和驚喜,帕克太陽探測器的數據印證了20年前的理論

2020-12-02 騰訊網

回切和峰值：帕克太陽探測器數據擬合了近20年的理論。

磁通量的發現揭露了對「太陽內部）的基本磁運動過程有著深遠影響」。

科學家持續對帕克太陽探測器的數據分析，開始創建出了太陽磁活動的更為清晰的圖像，這一舉動會增強我們預測太陽可能發生的危險情況的能力。

圖像：動畫展現的是磁力線經過互換後重新連接，將磁場折回日冕中。

隨著科學家所獲得的信息越多，所模擬出來的圖像就越符合密西根大學研究人員在世紀之交提出來提出來的理論。

密西根大學氣候與空間科學與工程學的教授Justin Kasper說，由Thomas M. Donahue教授和Lennard Fisk領導的那些現任和前任UM研究人員在2018年8月帕克探測器著陸之前就模擬出了太陽工作的複雜圖景。

帕克的太陽風電子阿爾法和質子（SWEAP）儀器套件的首席研究員卡斯珀說：「這不是有了數據後才恰好提出來的一個理論，這像對是二十年前提出的一種理論的觀察成功擬合。（原文是閉合，）。」

太空飛行器上的傳感器產生的數據表明

一、太陽的大氣層由等離子體和磁場組成，大氣層的運動大體以全球循環模型運動帕克太陽能探測器可以在任何給定時間裡觀察某一塊區域。

二、在太陽和太陽風附近，從表面向外流出的帶電粒子流其嵌入磁場方向的突然變化（稱為回切），太陽風會沿著帶電粒子流加速運動。

三、當從太陽表面磁場發出的磁感線在幾短時間地與延伸到太陽系的開放磁場線對齊時，全球日冕磁場通過在互換磁力線後又重新連接的過程中在太陽表面上產生相對運動（滑動）。

每一個數據都揭示了發生在太陽上的基本過程，這對地球有著實際意義。

「這使我們得以洞察太陽是如何產生或慢或快的太陽風的」，Kasper說。「明確這個運行機制是預言何時太陽風會發生由慢到快的過渡然後襲擊地球，產生地磁暴的關鍵。」

這些結論驗證了1999年的預言和2001年Fisk和U-M同事們的研究論文。其中的Thomas Zurbuchen目前擔任NASA科學任務局的副主任。

「這真是太好了，帕克太陽探測器為我們根據25年前的太空飛行器數據產生的最初想法提供了支撐，並拓展了它，」Zurbuchen說。「隨著帕克太陽探測器逐漸靠近太陽，我等不及去看我們接下來要了解的答案，或是問題。」

圖片：全球磁場循環通過內部交換重聯激活的例證。在這個場景中，一條開放磁場線會被拉向大日冕環，或者發生內部交換重聯，亦或是有效地跳躍到近似寬度的原閉環，向日冕發射一個s形磁場切換。

圖式設計：Justin Kasper、Levi Hutmacher（密西根工程大學）

很長一段時間以來，「很糟糕。」

這是Fisk，新一期天體物理學雜誌快報的合著者，回想起他早期作品被物理學家們接受的感受。它提供了幾個不同的太陽系現象相互作用的可能解釋，但是驗證這些猜想的資料受技術所限，近日現象的效果只在更遠的日球層被觀測到。日球層是太空中的一部分，包括我們的太陽系，都受太陽風的影響。

在這些早期的發表文章中，Fisk總結到，在日冕的不同區域，所謂的開放磁場線從太陽的方向被拉伸到太空，以閉合模式循環，與太陽自轉方向一致或相反的運動著。他同時假設了單個的交換互聯跳躍會使日冕在太陽表面的整體運動成為可能。

Fisk結合歐洲航天局和美國國家航空航天局的尤利西斯號太陽探測器項目的數據，第一個發現了關於日球層中異常磁場的運動。尤利西斯號於1990年發射，是第一個飛越太陽兩極的探測器，記錄了來自低日面緯度的微粒輻射。該項發現表明尤利西斯號觀測到的磁場運動必須存在於日冕中。

該研究的執行小組成員包括了Zurbuchen和Nathan Schwadron（現為新罕布夏大學一名物理與天文學教授）。早期論文發布後，Fisk便開始研究其他項目。然而他隔壁辦公室恰巧是Kasper。當帕克太陽探測器去年回傳了第一批數據，Fisk就見證了這些數據與自己的發現是有多麼契合。

「一旦對基礎過程明確了之後，突然間，關於太陽如何運行，它的磁場如何工作以及太陽風如何加速，這些問題都有了一定的意義和發現。」Fisk認為，「因為你有了基本機制，就會有更多機會去解決其他的太陽和恆星物理問題。」

隨著帕克太陽探測器持續地靠近太陽，該項目將會提供更充足的機會去測試和驗證該理論的預測。帕克太陽探測器計劃是美國國家航空航天局太陽物理學「與星同在」項目的一部分，為的是探究日地系統對生活和社會的直接影響。該項目由位於馬裡蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心負責，探測器則由約翰霍普金斯大學應用物理學實驗室設計，製造並運行。

相關知識：

帕克太陽探測器（簡稱為PSP，曾被稱為太陽探測器或太陽探測器+）是美國國家航空航天局於2018年發射的機器人探測器，其任務是反覆探測和觀察太陽的外日冕。它將接近距太陽中心9.86太陽半徑（690萬公裡或430萬英裡）的範圍。到2025年，當帕克太陽探測器在最接近太陽時，時速將達到690,000 km / h（430,000 mph），或為光速的0.064％ 。

作者：James Lynch

FY：Astronomical volunteer team

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