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本周，由加州大学伯克利分校的科学家贝尔（Stuart D. Bale）和马里兰大学帕克分校的科学家德雷克（James Drake）在《自然》杂志上发表了一篇论文，阐述了帕克太阳探测器是如何探测到高能粒子流的。这些粒子反映了日冕洞内的超颗粒流动，表明这些区域是“快速”太阳风的诞生地。
太阳风的起源
太阳风是等离子体的连续流出，其中包含质子和电子等带电粒子。这种风有两种类型。更快的太阳风以每秒497英里（每秒800公里）的峰值速度从太阳两极的日冕孔中流出。较慢的太阳风在与地球位于太阳系的同一平面上，以每秒249英里（每秒400公里）的速度平静地流动。
快速的太阳风通常不会影响地球。但是在太阳周期的最大值，即太阳活动逐渐增加的11年期间，太阳的磁场会翻转。这种翻转导致日冕洞出现在太阳表面，并直接向地球释放太阳风。
了解太阳风的来源可以帮助科学家更好地预测可能影响地球的太空天气和太阳风暴。虽然它们可以引起美丽的极光，但太阳风暴也会影响卫星和地球的电网。“风将大量信息从太阳带到地球，因此了解太阳风背后的机制对于地球很重要，”该研究的共同作者，德雷克在一份声明中说。“这将影响我们理解太阳如何释放能量和驱动地磁风暴的能力，这对我们的通信网络构成威胁。
日冕洞是磁场线从太阳表面向外辐射而不向内回圈的独特区域，因此形成了覆盖太阳周围大部分空间的开放磁场线。科学家们将这些日冕洞描述为莲蓬头。从磁力线进入和离开太阳表面的亮点处，均匀间隔的喷流爆发出来。当这些莲蓬头中方向相反的磁场相互碰撞并重新连接时，这些带电粒子喷流就会被抛出太阳。
贝尔解释说：“光球被对流细胞覆盖，就像在沸水锅里一样，更大规模的对流流动被称为超颗粒流动。”他接着说明了这些超颗粒是如何把磁场拉到一个漏斗里，从而加强磁场的。“这些漏斗的空间分离，就是我们现在用太阳探测器的数据所看到的，”他说。
帕克太阳探测器探测到一些异常高能的粒子——速度比太阳风平均速度快10到100倍的粒子——使研究人员相信，这种被称为磁重联的过程一定是太阳风的来源。2018年发射探测器的主要目的是确定这些高能粒子的起源：它们是由磁重联引起的，还是由等离子体或阿尔夫萨曼波加速引起的?“重要的结论是，这些漏斗结构中的磁重联为快速太阳风提供了能量来源，”贝尔总结道。这项研究强烈表明，重联是探测到高能粒子的原因。
约翰霍普金斯大学应用物理实验室的诺尔（Nour Raouafi）认为，同样的漏斗结构可能与从地球上日冕洞内可以看到的明亮喷流一致。“解开太阳风之谜是许多代科学家60年来的梦想。现在，我们正在研究驱动太阳风的物理现象——日冕。”
对太阳风取样
太阳风在穿越9300万英里（1.496亿公里）到达地球的过程中演变成均匀的湍流。带电粒子和纠缠的磁场与地球磁场相互作用，将电能倾倒到高层大气中，从而激发原子并产生生动的极光。了解和预测强烈的太阳风或太阳风暴及其对地球附近的影响是美国宇航局“与恒星共存”项目的一些关键目标，该项目为帕克太阳探测器提供了资金。
探测器的主要任务是确定太阳表面或光球层附近太阳风的结构和加速度。帕克太阳探测器与太阳的距离不超过400万英里（约为太阳表面上方8.8个太阳半径），而不会有损坏的风险。贝尔预计，从这个高度收集的数据将证实他们的结论，尽管太阳在太阳活动极大期活动加剧。这种增加的活动可能会模糊科学家们想要观察的过程。
根据贝尔的说法，一旦探测器潜入该高度以下，太阳风就会经历最小的演变，并显示出更多的初始结构。这使得科学家们可以看到太阳在风上的印记。“我们很幸运，我们在太阳活动极小期发射了它，”贝尔在回忆帕克太阳探测器的旅程时说。
2021年，探测器的仪器发现了阿尔夫萨芬波中的磁场转换，这与产生太阳风的区域密切相关。当探测器接近太阳时，很明显，探测器正在穿过有结构的物质射流，而不仅仅是湍流。贝尔、德雷克和他们的同事将这些喷流追溯到光球中的超粒细胞，在那里磁场积聚并汇集到太阳中。
天体物理学家加里·赞克（Gary Zank）没有参与这项研究，他说，这些发现也是解开太阳大气层为什么比表面温度高数百万摄氏度这个长期谜团的重要线索。“但他们没有确定加热机制。”赞克说，这些观测表明了靠近太阳的磁场重联的重要性。“下一步是将其与确定实际加热过程的磁能耗散联系起来。”
关于NASA帕克太阳探测器
美国宇航局的帕克太阳探测器是一项开创性的任务，它将目光投向了我们自己的恒星——太阳。该探测器的主要目标是揭开日冕（太阳外层大气）的神秘面纱，并更多地了解太阳风中存在的高能粒子。
该探测器以天体物理学家尤金·帕克（Eugene Newman Parker）的名字命名，于2018年8月12日发射。这是第一艘以活人命名的宇宙飞船。尤金·帕克是1958年首次提出太阳风存在理论的科学家。
帕克太阳探测器是独一无二的，因为它比以往任何航天器都更接近太阳。它的设计可以承受太阳附近的极端温度和条件。探测器被4.5英寸厚的碳复合材料屏蔽，可以承受高达2500华氏度的温度。该探测器配备了四套主要仪器，用于测量磁场、等离子体和高能粒子，并捕捉太阳风的图像。
在7年的任务中，探测器将绕太阳运行24圈，到达距离太阳表面400万英里的地方。帕克太阳探测器有几个主要的科学目标。一个是追踪加热和加速太阳日冕和太阳风的能量流。另一个是确定太阳风源处等离子体和磁场的结构和动力学。该探测器还旨在探索加速和传输高能粒子的机制。
通过实现这些目标，科学家们希望提高他们预测影响地球生命、卫星和太空宇航员的太空天气事件的能力。
新闻及图片来源：Earth、福布斯、纽约时报、CNN、Science News，部分图片来自网络
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