太阳轨道器任务揭开缓慢太阳风之谜

科学家们利用太阳轨道器首次近距离飞行时收集的数据，向识别“慢”太阳风的神秘起源又迈进了一步。太阳风的传播速度可达每秒数百公里，多年来一直让科学家们着迷，而《自然天文学》杂志发表的新研究终于揭示了它的形成过程。

太阳风描述的是带电等离子粒子从太阳向太空的连续流出，其中速度超过每秒500公里的风被称为“快速风”，速度低于每秒500公里的风被称为“慢速风”。

当这种风吹到地球大气层时，就会形成我们所知的北极光，即令人惊叹的极光。但是，当大量等离子体以日冕物质抛射的形式释放出来时，也会造成危险，对卫星和通信系统造成严重损害。

尽管经过了数十年的观察，但人们对释放、加速和输送太阳风等离子体离开太阳并进入太阳系的来源和机制仍不太了解，尤其是慢速太阳风。

2020年，欧洲航天局(ESA)在美国宇航局(NASA)的支持下启动了太阳轨道飞行器任务。除了拍摄有史以来距离太阳最近、最详细的太阳图像外，该任务的主要目标之一是测量太阳风并将其与太阳表面的起源区域联系起来。

它被描述为“有史以来发送到太阳的最复杂的科学实验室”，太阳轨道器上装有十种不同的科学仪器——一些用于在太阳风经过航天器时就地收集和分析其样​​本，另一些用于捕捉太阳表面活动的高质量图像的遥感仪器。

通过结合摄影和仪器数据，科学家首次能够更清楚地确定慢速太阳风的来源。这有助于他们确定它如何离开太阳并开始进入日光层——围绕太阳及其行星的巨大气泡，保护我们的太阳系免受星际辐射。

这项研究由英国纽卡斯尔诺森比亚大学的StephYardley博士领导，他解释说：“在靠近太阳的航天器上现场测量太阳风的变化，为我们提供了有关其来源的大量信息。尽管过去的研究追踪了太阳风的起源，但那是在更接近地球的地方进行的，到那时这种变化就消失了。”

“由于太阳轨道器距离太阳如此之近，我们可以捕捉到太阳风的复杂性质，从而更清楚地了解它的起源以及这种复杂性是如何受到不同源区变化的影响的。”

人们认为，快速太阳风与慢速太阳风速度之间的差异是由于它们源自太阳日冕(即太阳大气层的最外层)的不同区域所致。

开放日冕是指磁场线一端固定在太阳上，另一端延伸到太空的区域，为太阳物质逃逸到太空提供了通道。这些区域温度较低，被认为是快速太阳风的来源。

同时，封闭日冕指的是太阳磁场线闭合的区域，这意味着磁场线两端都与太阳表面相连。这些区域可以看作是在磁活跃区域上形成的大而明亮的环。

这些闭合磁环偶尔会断裂，为太阳物质提供短暂的逃逸机会，就像它们通过开放磁场线逃逸一样，然后再重新连接并再次形成闭合环。这通常发生在开放和闭合日冕相遇的区域。

太阳轨道器的目标之一是验证这样一种理论：慢速太阳风起源于封闭的日冕，并能够通过磁场线断裂和重新连接的过程逃逸到太空。

科学团队验证这一理论的一种方法是测量太阳风流的“成分”或组成。

太阳物质中所含重离子的组合因其来源不同而不同;较热的封闭日冕与较冷的开放日冕。

利用太阳轨道器上的仪器，研究小组能够分析太阳表面发生的活动，然后将其与航天器收集到的太阳风流进行匹配。

利用太阳轨道器拍摄的太阳表面图像，他们能够精确地定位出慢风流来自开放和闭合日冕相遇的区域，从而证明了慢风能够通过断开和重新连接的过程逃离闭合磁场线的理论。

正如诺森比亚大学太阳和空间物理研究小组的亚德利博士所解释的那样，“太阳轨道器测得的太阳风成分变化与日冕中各个源头的成分变化一致。

“重离子和电子成分的变化提供了强有力的证据，表明这种变化不仅是由不同的源区域驱动的，而且还是由于日冕中闭合环和开环之间发生的重新连接过程造成的。”

欧洲航天局太阳轨道飞行器任务是一项国际合作，来自世界各地的科学家和机构共同努力，贡献专业技能和设备。

欧空局太阳轨道器项目科学家丹尼尔·穆勒表示：“从一开始，太阳轨道器任务的一个中心目标就是将太阳上的动态事件与其对周围日球层等离子泡的影响联系起来。

“为了实现这一目标，我们需要将对太阳的远程观测与对流经航天器的太阳风的现场测量结合起来。我为整个团队成功完成这些复杂的测量感到无比自豪。

“这一结果证实，太阳轨道器能够将太阳风与太阳表面的源区联系起来。这是这次任务的一个关键目标，为我们以前所未有的细节研究太阳风的起源开辟了道路。”

太阳轨道器上的仪器包括重离子传感器(HIS)，部分由密歇根大学气候与空间科学与工程系空间物理研究实验室的研究人员和工程师开发。该传感器旨在测量太阳风中的重离子，从而可用于确定太阳风的来源。

“太阳的每个区域都拥有独特的重离子组合，这决定了太阳风流的化学成分。

密歇根大学气候与空间科学与工程学教授、重离子传感器副首席研究员苏珊·莱普里(SusanLepri)表示：“由于太阳风的化学成分在进入太阳系时保持不变，我们可以利用这些离子作为指纹来确定太阳大气下部特定太阳风流的来源。”

太阳风中的电子由电子分析仪系统(EAS)测量，该系统由伦敦大学学院的Mullard空间科学实验室开发，Yardley博士是该实验室的名誉研究员。

伦敦大学学院的克里斯托弗·欧文教授表示：“仪器团队花了十多年的时间设计、建造和准备发射传感器，并规划如何以最佳方式协调操作它们。因此，现在看到数据被整合在一起以揭示太阳的哪些区域正在驱动缓慢的太阳风及其变化，我们感到非常欣慰。”

用于测量风速的质子-阿尔法传感器(PAS)是由法国图卢兹保罗萨巴蒂尔大学天体物理学和行星学研究所设计和开发的。

这些仪器共同构成了太阳轨道器上的太阳风分析仪传感器套件，伦敦大学学院的欧文教授是该套件的首席研究员。

谈到未来的研究计划，亚德利博士说：“到目前为止，我们只用这种方式分析了太阳轨道器在这个特定时间段的数据。研究使用太阳轨道器的其他案例，并将其与其他近距离任务(如美国宇航局的帕克太阳探测器)的数据集进行比较，将会非常有趣。”

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