太陽軌道器正在幫助確定”緩慢”太陽風的來源，增進我們對太陽過程及其對空間天氣影響的了解。研究人員利用太陽軌道器太空船在了解”緩慢”太陽風的起源方面取得了突破性進展。透過分析太陽風樣本和捕捉太陽表面的圖像，科學家們確定了慢太陽風的起始點以及它是如何逃逸到太空中的。這項發現加深了我們對太陽現象及其對整個太陽系影響的了解。

太陽軌道飛行器任務的新發現確定了太陽磁場線重新連接區域緩慢太陽風的起源，為深入了解太陽動力學和對地球的潛在影響提供了依據。圖片來源：歐空局和美國國家航空暨太空總署/太陽軌道器/EUI 小組；致謝：Lakshmi Pradeep Chitta，馬克斯-普朗克太陽系研究所

科學家利用”太陽軌道器”（Solar Orbiter）航天器首次接近太陽時收集到的數據，在揭示”緩慢”太陽風的神秘起源方面取得了重大進展。

太陽風可以以每秒數百公里的速度傳播，多年來一直吸引科學家，今天（5 月28 日）發表在《自然-天文學》雜誌上的新研究終於揭示了太陽風的形成過程。

太陽風描述了帶電等離子體粒子從太陽向太空的持續外流–風速超過每秒500 公里稱為”快風”，低於每秒500 公里稱為”慢風”。

當這種風吹到地球大氣層時，就會產生我們所熟知的北極光。但是，當大量等離子體以日冕物質拋射的形式釋放出來時，也會造成危害，對衛星和通訊系統造成嚴重破壞。

儘管進行了幾十年的觀測，人們對太陽風等離子體的釋放、加速和輸送太陽風等離子體離開太陽進入太陽系的來源和機制–尤其是緩慢的太陽風–仍不甚了解。

太陽軌道器的目的是近距離研究太陽，重點是了解太陽風、太陽磁場和日光層–太陽向太空發射的巨大帶電粒子氣泡。該航天器配備了十台科學儀器，可捕捉高解析度影像並收集有關太陽大氣層的數據，有助於將太陽活動與太陽系中的現象直接聯繫起來。這項任務對於增進我們對空間天氣及其對地球影響的了解至關重要。圖片來源：ESA/ATG medialab

2020 年，歐洲太空總署（ESA）在美國國家航空暨太空總署（NASA）的支援下啟動了太陽軌道器飛行任務。除了拍攝有史以來距離太陽最近、最詳細的圖像外，該任務的主要目的之一是測量太​​陽風並將其與太陽表面的起源區域聯繫起來。

被稱為”有史以來送往太陽的最複雜的科學實驗室”，太陽軌道器上搭載了十種不同的科學儀器–一些是在太陽風經過航天器時就地收集和分析太陽風樣本的儀器，其他遙感儀器旨在捕捉太陽表面活動的高品質影像。

太陽軌道器的十套科學儀器將對太陽進行研究。儀器分為兩類：原位儀器和遙感儀器。原位儀器測量太空船本身周圍的情況。遙感儀器則測量遠處的情況。這兩組數據可以用來拼湊出一幅更完整的日冕和太陽風的圖像。圖片來源：ESA-S.Poletti

透過將攝影數據和儀器數據結合，科學家們第一次能夠更清楚地確定緩慢的太陽風從何而來。這有助於他們確定太陽風是如何離開太陽並開始進入日光層的。日光層是太陽及其行星周圍的一個巨大氣泡，保護太陽系免受星際輻射。

泰恩河畔紐卡斯爾諾桑比亞大學的史蒂芬-亞德利博士領導了這項研究並解釋說：「儘管過去的研究已經追溯了太陽風的起源，但這是在距離地球更近的地方進行的，而此時這種可變性已經消失。

“由於太陽軌道器如此接近太陽，我們可以捕捉到太陽風的複雜性質，從而更清楚地了解太陽風的起源，以及這種複雜性是如何由不同源區的變化驅動的。”

快速太陽風和慢速太陽風的速度差異被認為是由於它們源自太陽大氣最外層–日冕的不同區域。

諾桑比亞大學的Steph Yardley 博士。圖片來源：Simon Veit-Wilson/諾桑比亞大學

開闊日冕指的是磁場線一端固定在太陽上，另一端則延伸到太空中的區域，為太陽物質逃逸到太空中創造了一條高速公路。這些區域溫度較低，被認為是快速太陽風的來源。

同時，閉合日冕指的是太陽磁場線閉合的區域，即磁場線兩端與太陽表面相連。這些區域可以被視為在磁場活躍區域上空形成的大的明亮環。

這些閉合磁環偶爾會斷開，為太陽物質提供短暫的逃逸機會，就像透過開放磁場線一樣，然後重新連接起來，再次形成閉合磁環。這種情況一般發生在開放式和封閉式日冕的交會處。

太陽軌道器的目的之一是檢驗一種理論，即緩慢的太陽風源自封閉的日冕，並且能夠透過磁場線斷裂和重新連接的過程逃逸到太空中。

科學小組檢驗此理論的方法之一是測量太​​陽風流的”成分”或組成。

太陽物質中所含重離子的組合因其來源而異；較熱的封閉日冕與較冷的開放日冕。

利用太陽軌道器上的儀器，研究小組能夠分析太陽表面的活動，然後將其與太空船收集的太陽風流進行比對。利用太陽軌道器捕捉到的太陽表面影像，他們能夠精確地確定慢風流來自開放日冕和封閉日冕交匯的區域，從而證明了慢風能夠透過斷裂和重聯過程從封閉磁場線中逃脫的理論。

諾桑比亞大學太陽和空間物理學研究小組的亞德利博士解釋說：”太陽軌道器測量到的太陽風成分變化與日冕中各種來源的成分變化是一致的。重離子與電子組成的變化提供了強有力的證據，證明這種變異不僅是由不同的源區驅動的，而且也是由於日冕中閉合環路與開放環路之間發生的再連接過程造成的。

歐空局太陽軌道飛行器任務是一項國際合作任務，來自世界各地的科學家和機構共同合作，貢獻專業技能和設備。

歐空局太陽軌道器計畫科學家丹尼爾-穆勒（Daniel Müller）說：「從一開始，太陽軌道器任務的核心目標就是將太陽上的動態事件與它們對日光層周圍等離子泡的影響聯繫起來。 “

“為了實現這一目標，我們需要將對太陽的遠程觀測與對流經航天器的太陽風的現場測量結合起來。我為整個團隊成功完成這些複雜的測量工作感到無比自豪。這一結果證實，太陽軌道器能夠在太陽風及其太陽表面的源區之間建立強大的聯繫。

太陽軌道器上的儀器包括重離子感測器（HIS），該感測器部分由密西根大學氣候與太空科學和工程系太空物理研究實驗室的研究人員和工程師開發。該感測器旨在測量太陽風中的重離子，從而確定太陽風的來源。

“太陽的每個區域都可能有獨特的重離子組合，這決定了太陽風流的化學成分。”密西根大學氣候與太空科學和工程學教授、重離子感測器副首席研究員蘇珊-萊普里（Susan Lepri）說：”由於太陽風的化學成分在向太陽系外傳播的過程中保持不變，我們可以利用這些離子作為指紋，確定太陽大氣下部特定太陽風流的來源。”

太陽風中的電子由電子分析儀系統（EAS）測量，該系統由倫敦大學洛杉磯分校穆拉德太空科學實驗室開發，亞德利博士是該實驗室的榮譽研究員。

倫敦大學洛杉磯分校的克里斯托弗-歐文教授說：「儀器團隊花了十多年的時間設計、製造和準備發射感測器，並計劃如何以最佳方式協調運行這些感測器。因此，現在我們非常高興地看到這些數據匯總在一起，揭示太陽的哪些區域正在推動緩慢的太陽風及其變化。

質子-阿爾法感測器（PAS）用於測量風速，由位於法國圖盧茲的保羅-薩巴蒂埃大學天文物理與行星學研究所設計開發。這些儀器共同組成了太陽軌道器上的太陽風分析儀感測器套件，UCL 的克里斯托弗-歐文教授是該套件的首席研究員。

談到未來的研究計劃，Yardley 博士說：”到目前為止，我們只以這種方式分析了太陽軌道器在這一特定區間的數據。利用太陽軌道器研究其他情況，並與其他近距離任務（如美國宇航局的帕克太陽探測器）的數據集進行比較，將是非常有趣的。

詳細介紹這項研究的論文將於今天發表在《自然-天文學》上。

編譯來源：ScitechDaily