太贊了！科學家在第一分鐘，就測量到太陽耀斑，不斷演變的能量！

2020-10-18 博科園

2017年底在現有太陽黑子旁邊的太陽表面爆發了一個巨大新磁場區域，磁能的強烈碰撞產生了一系列強有力太陽耀斑，在地球上造成了動蕩的太空天氣條件。這是新澤西理工學院現在開放的擴展歐文斯谷太陽能陣列(EOVSA)射電望遠鏡，捕獲到的第一批每時每刻耀斑。在《科學》期刊上發表的一項研究中，記錄這些圖像的太陽能科學家，有史以來第一次準確地確定了爆炸釋放的能量，將噴出的等離子體加熱到10億攝氏度。

通過在微波光譜中收集的數據，已經能夠提供耀斑點火後直接演變的磁場強度定量測量，並跟蹤其轉化為其他能量形式的情況（動能、熱能和超熱）為耀斑爆炸通過日冕的5分鐘行程提供動力。到目前為止，在耀斑或其他大規模噴發期間，日冕磁場的這些變化只是間接量化，例如根據在光球處測量的磁場外推，光球處的磁場是在白光中看到的太陽表層。

這些外推不能在足夠短的時間內，精確測量位置和時間尺度上磁場的動態局部變化，從而無法表徵耀斑的能量釋放。新澤西理工學院日地研究中心的著名物理學研究教授、論文作者格雷戈裡·弗萊什曼(Gregory Fleishman)說：我們已經能夠精確定位日冕中磁能釋放的最關鍵位置，這是第一批捕捉到耀斑微物理的圖像，在小空間和時間尺度上發生的詳細過程鏈，使能量轉換成為可能。通過測量該區域磁場能量的衰減和電場的同時強度，研究人員能夠證明：

這兩者符合能量守恆定律，因此能夠量化驅動太陽耀斑的粒子加速度，包括相關的噴發和等離子體加熱。這些基本過程與發生在最強大天體物理源中的過程相同（包括伽馬射線爆發），也與基礎研究和實際聚變能量實驗室實驗中發生的過程相同。由於13個天線協同工作，EOVSA可以在一秒鐘內拍攝1-18 GHz範圍內數百個頻率的照片，包括光學、紫外線、X射線和無線電波長。這種觀察耀斑機制的增強能力，為研究我們太陽系中最強大噴發開闢了新的途徑。

這些噴發是由太陽表面磁力線的重新連接點燃，並由日冕中儲存的能量提供動力。新澤西理工學院著名物理學教授、EOVSA主任、該論文的合著者戴爾·加裡(Dale Gary)指出：微波發射是唯一對日冕磁場環境敏感的機制，所以獨特、高頻率EOVSA微波光譜觀測是能夠發現磁場快速變化的關鍵。這種測量之所以可能，是因為在日冕磁場中運動的高能電子主要在微波範圍內發射磁敏輻射。在EOVSA觀測之前，無法看到高能粒子在其中加速的廣闊太空區域。

然後可以通過耀斑噴發驅動的強大衝擊波進一步加速，如果耀斑噴發指向地球，可能會摧毀太空飛行器並危及太空人。耀斑加速的粒子與衝擊波加速粒子之間的聯繫，是我們理解哪些事件是良性的，哪些是構成嚴重威脅的重要一環。在擴大後的陣列開始運行僅兩年多後，它就自動生成太陽的微波圖像，並將其日常提供給科學界。隨著太陽活動在11年的太陽周期中增加，它們將被用來提供第一張每日日冕磁力圖，即太陽表面上方1500英裡處的磁場強度圖。

博科園｜研究/來自：新澤西理工學院

參考期刊《科學》

DOI: 10.1126/science.aax6874

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