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太陽軌道飛行器發現為太陽風提供動力的微型噴流

太陽軌道飛行器發現為太陽風提供動力的微型噴流

2023-08-26 Comments 0 Comment

歐空局/美國宇航局太陽軌道飛行器發現了許多從太陽外層大氣中逸出的微小物質噴流。每次噴射持續20 至100 秒,並以約100 公里/秒(60 英里/秒)或360,000 公里/小時(220,000 英里/小時)的速度噴射等離子體。這些噴流可能是人們長期追捧的太陽風來源。

Coronal-Hole-in-Sun-scaled.webp

太陽軌道飛行器發現了來自太陽的微小噴流,這可能解釋了太陽風的起源。這挑戰了關於風力發電的傳統觀念,新數據表明風力發電是間歇性的。這些發現也可能對了解其他恆星的大氣層產生影響。圖片來源:ESA 和NASA/太陽軌道飛行器/EUI 團隊; 致謝:Lakshmi Pradeep Chitta,馬克斯·普朗克太陽系研究所

了解太陽風

太陽風由帶電粒子(稱為等離子體)組成,不斷逃離太陽。它通過行星際空間向外傳播,與路徑上的任何物體發生碰撞。當太陽風與地球磁場碰撞時,就會產生極光。

儘管太陽風是太陽的一個基本特徵,但了解太陽風在太陽附近的產生方式和地點已被證明是難以捉摸的,並且一直是幾十年來研究的重點。現在,憑藉其先進的儀器,太陽軌道飛行器使我們又向前邁進了重要一步。

Tiny-Jets-Escape-Sun-scaled.webp

這張馬賽克圖像顯示了大量從太陽外層大氣中逸出的微小物質噴流。這些圖像來自歐空局/美國宇航局太陽軌道飛行器。在這幅馬賽克圖中,它們表現為太陽表面的黑色條紋。這些圖像是“負片”,這意味著雖然噴流顯示為黑暗,但它們在太陽表面上是明亮的閃光。圖片來源:ESA 和NASA/太陽軌道飛行器/EUI 團隊; 致謝:Lakshmi Pradeep Chitta,馬克斯普朗克太陽系研究所,CC BY-SA 3.0 IGO

太陽表面的高分辨率成像

數據來自太陽軌道飛行器的極紫外成像儀(EUI)儀器。EUI 於2022 年3 月30 日拍攝的太陽南極圖像揭示了一系列微弱、短暫的特徵,這些特徵與從太陽大氣中噴射出的小等離子體射流有關。

德國馬克斯·普朗克太陽系研究所的拉克希米·普拉迪普·奇塔(Lakshmi Pradeep Chitta) 說道,他也是描述這項工作的論文的主要作者。特別是,這些圖像是在EUI 高分辨率成像儀的極紫外通道中拍攝的,該成像儀可觀測波長為17.4 納米的百萬度太陽等離子體。特別重要的是,分析表明這些特徵是由太陽大氣中的等離子體排出引起的。

磁結構和太陽風

幾十年來,研究人員已經知道,太陽風的很大一部分與稱為冕洞的磁性結構有關,冕洞是太陽磁場不會返回到太陽的區域。相反,磁場延伸到太陽系深處。

等離子體可以沿著這些“開放”的磁力線流動,進入太陽系,產生太陽風。但問題是:等離子體是如何發射的?傳統的假設是,由於日冕很熱,它會自然膨脹,並且一部分會沿著場線逸出。但這些新結果研究了位於太陽南極的日冕洞,並且所揭示的單個噴流挑戰了太陽風只能在穩定的連續流中產生的假設。

比利時皇家天文台的安德烈·朱可夫說:“這裡的結果之一是,在很大程度上,這種流動實際上並不均勻,噴流的普遍存在表明,來自日冕洞的太陽風可能起源於高度間歇性的流出。” 是這項工作的合作者,領導了太陽軌道飛行器觀測活動。

ESA-Solar-Orbiter-Facing-Sun-scaled.webp

歐空局的太陽軌道飛行器任務將從最接近水星的軌道內面向太陽。圖片來源:ESA/ATG 媒體實驗室噴流能量分析

與每個單獨的射流相關的能量很小。日冕現象的頂端是X 級太陽耀斑,低端是所謂的納米耀斑。X耀斑的能量比納米耀斑的能量多十億倍。太陽軌道飛行器發現的微小噴流的能量甚至比納米耀斑的能量還要低,其能量比納耀斑少大約一千倍,並且將大部分能量引導到等離子體的排出過程中。

新的觀測結果表明它們無處不在,這表明它們正在排出我們在太陽風中看到的大部分物質。而且可能還有更小、更頻繁的活動提供更多。

比利時皇家天文台、EUI 儀器首席研究員戴維·伯格曼斯(David Berghmans) 表示:“我認為,在圓盤上找到某些確實對太陽風有貢獻的東西,這是邁出的重要一步。”

未來的觀察和更廣泛的影響

目前,太陽軌道飛行器仍在赤道附近繞太陽運行。因此,在這些觀測中,EUI 以掠射角越過南極。

“當從側面觀察這些微小噴流時,很難測量它們的一些特性,但幾年後,我們將從比任何其他望遠鏡或天文台不同的角度觀察它們,因此兩者結合在一起應該會有很大幫助,”說Daniel Müller,歐空局太陽軌道飛行器項目科學家。

這是因為隨著任務的繼續,航天器將逐漸將其軌道向極地地區傾斜。與此同時,太陽上的活動將在太陽週期中進行,日冕洞將開始在許多不同的緯度出現,提供獨特的新視角。

所有參與者都渴望看到他們能收集到什麼新的見解,因為這項工作比我們自己的太陽系延伸得更遠。

太陽是唯一一顆我們可以如此詳細觀察其大氣層的恆星,但同樣的過程很可能也發生在其他恆星上。這將這些觀察轉化為對基本天體物理過程的發現。

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