地球上有史以來最快的風速可以達到每小時200多英里，那麼來自太陽的風有多快呢？在2023年6月7日發表在《自然》雜誌上的一篇論文中，一個研究小組利用美國宇航局帕克太陽探測器的數據來解釋太陽風為何能夠超過每小時100萬英里的速度。他們發現，太陽表面附近的磁場所釋放的能量足以驅動快速的太陽風，它是由被稱為等離子體的電離粒子組成，從太陽向外流動。

馬里蘭大學物理系和物理科學與技術研究所（IPST）的傑出大學教授James Drake與第一作者加州大學伯克利分校的Stuart Bale共同領導這項研究。德雷克說，自20世紀50年代以來，科學家們一直試圖了解太陽風的驅動力–隨著世界比以往任何時候都更加相互聯繫，對地球的影響是非常大的。

太陽風形成了一個巨大的磁泡，被稱為日光層，保護我們太陽系的行星不受圍繞銀河系的高能宇宙射線的侵襲。然而，太陽風也攜帶等離子體和太陽的部分磁場，它們可以撞上地球的磁層並造成乾擾，包括地磁暴。

藝術家對帕克太陽探測器航天器接近太陽的概念。資料來源：美國航空航天局/約翰霍普金斯大學APL/Steve Gribben

這些風暴發生在太陽經歷更多的動盪活動時，包括太陽耀斑和巨大的等離子體驅逐到空間，被稱為日冕物質噴射。地磁暴是在地球兩極附近可以看到的壯觀的極光錶演的原因，但在其最強大的時候，它們可以使一個城市的電網癱瘓，甚至可能破壞全球通信。這種事件雖然罕見，但對太空中的宇航員來說也是致命的。

德雷克說：”風將大量信息從太陽帶到地球，因此了解太陽風背後的機制對地球上的實際原因很重要。這將影響我們了解太陽如何釋放能量並驅動地磁暴的能力，而地磁暴是對我們通信網絡的威脅。”

以前的研究顯示，太陽的磁場在某種程度上驅動著太陽風，但研究人員並不清楚其背後的機制。今年早些時候，德雷克與人合作撰寫了一篇論文，認為太陽風的加熱和加速是由磁重聯驅動的–這是德雷克在科學生涯中致力於研究的過程。

作者解釋說，整個太陽表面覆蓋著熱等離子體的小”噴流”，它們被磁重聯向上推動，當指向相反方向的磁場交叉連接時就會發生。反過來，這引發了大量能量的釋放。

美國宇航局的帕克太陽探測器飛過太陽的高層大氣–日冕–並對那裡的粒子和磁場進行採樣。這是歷史上第一次有航天器接觸到太陽。資料來源：本-史密斯/應用物理實驗室/美國航空航天局

德雷克說：”兩個指向相反方向的物質往往最終互相湮滅，在這種情況下會釋放出磁能。發生在太陽上的這些爆炸都是由這種機制驅動的。這是磁場的湮滅。”

為了更好地了解這些過程，《自然》雜誌新論文的作者使用帕克太陽探測器的數據來分析從日冕–太陽最外層和最熱的一層流出來的等離子體。2021年4月，帕克成為第一個進入太陽日冕的航天器，此後一直在向太陽靠近。本文引用的數據是在13個太陽半徑的距離上拍攝的，也就是離太陽大約560萬英里。

德雷克說：”當你非常接近太陽時，你開始看到你在地球上看不到的東西。所有環繞地球的衛星離太陽有210個太陽半徑，而現在我們已經降到了13個。我們的距離已經接近了。”

利用這些新數據，《自然》論文的作者首次提供了發生在日冕洞的磁能爆發的特徵，日冕洞是太陽磁場中的開口，也是太陽風的來源。

研究人員證明，開放和封閉的磁場之間的磁重聯–即所謂的互換連接–是一個連續的過程，而不是以前認為的一系列孤立的事件。這使他們得出結論，驅動受熱等離子體向外噴射的磁能釋放速度強大到足以克服重力並產生太陽的快速風。

通過了解太陽上不斷發生的這些較小的能量釋放，研究人員希望了解甚至可能預測將等離子體發射到太空過程中產生的更大和更危險的爆發。除了對地球的影響之外，這項研究的結果也可以應用於天文學的其他領域。

德雷克說：”風是由整個宇宙中的物體產生的，所以了解是什麼驅動了來自太陽的風具有廣泛的意義。例如，來自恆星的風在保護行星系統不受銀河系宇宙射線的影響方面起著至關重要的作用，而銀河系宇宙射線可能會影響到可居住性。”

這不僅有助於我們對宇宙的了解，也可能有助於在其他行星上尋找生命。