自1960年代以來，天文學家一直在探討太陽的超音速太陽風，這是一股從太陽向外推送的高能粒子流，並研究這些粒子流在離開太陽後如何持續獲得能量。最近，得益於美國太空總署（NASA）和歐洲太空總署（ESA）的兩顆研究太陽的衛星在太空中的巧合排列，天文學家可能找到了答案。研究結果顯示，超音速太陽風是由太陽周圍磁場的反向彎曲或大規模扭結所驅動的。研究成果發表於《科學》期刊上（Rivera et al. 2024）。
圖說：這張藝術想像圖展示了太陽磁場中的反向彎曲或大規模的扭結現象。Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab/Adriana Manrique Gutierrez
NASA的帕克太陽探測器 (Parker Solar Probe）於2021年成為首個進入太陽磁氣層的探測器。開始觀測任務後，帕克太陽探測器發現磁場反向彎曲現象在超音速太陽風中非常普遍。科學家根據理論推測，這可能是超音速太陽風在離開太陽後獲得能量的來源。然而，缺乏實驗證據來證明這一現象是否實際上釋放了足夠的能量，對太陽風產生重要影響。為瞭解答這個問題，研究團隊使用了兩個不同的太空探測器。帕克太陽探測器專為穿越太陽大氣層（日冕）而設計，而ESA和NASA合作的太陽軌道載具（Solar Orbiter）則在較遠的距離測量太陽風。這次觀測得益於2022年2月的一次巧合排列，使帕克太陽探測器和太陽軌道載具能夠在兩天內測量到相同的太陽風。當時，太陽軌道載具幾乎位於前往太陽的半途，而帕克太陽探測器則在太陽磁層的邊緣徘徊。
帕克太陽探測器在靠近太陽周圍的區域觀測到了速度較慢但充滿磁場反向彎曲現象的電漿體，而太陽軌道載具則記錄到了一股已經受熱且幾乎沒有磁場反向彎曲現象的快速太陽風。將這兩者的觀測結果聯絡起來後，研究團隊完整地記錄了慢速電漿體如何被加速成為超音速太陽風。之前，無法測量這一現象，直到這兩個任務將探測器完美配合，並在相同時間進行觀測。現在，科學家可以直接測量日冕附近的磁場和電漿所儲存的能量量，以及遠離太陽時能量的增加或減少程度。
圖說：這張藝術想像圖展示了帕克太陽探測器(Parker Solar Probe）在太陽周圍的位置。Credit: NASA/Johns Hopkins APL/Ben Smith
圖說：這張藝術想像圖展示了太陽軌道載具（Solar Orbiter）在太陽周圍的位置。Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab
這一發現是不但解答了存在了近50年的超音速太陽風問題，也幫助科學家更好地預測太陽活動和太空天氣，還有助於我們理解其他恆星周圍的環境，例如在那裡的系外行星會受到怎樣的恆星風影響。
（編譯 / 段皓元）
資料來源：NASA
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