歐空局太陽軌道器和美國國家航空暨太空總署帕克太陽探測器的數據顯示，太陽磁場的巨大波動，特別是阿爾芬波是驅動和加速太陽風的關鍵。這項發現揭示了太陽現象的動力學，並表明其他恆星的風也可能有類似之處。

利用太陽軌道器和帕克太陽探測器的數據進行的新研究表明，阿爾芬波在加速和加熱太陽風方面發揮關鍵作用，為我們了解太陽和恆星現象提供了啟示。資料來源：太陽軌道器：歐空局/ATG medialab；帕克太陽探測器：NASA/Johns Hopkins APL

歐洲太空總署（ESA）的”太陽軌道器”（Solar Orbiter）太空船提供了重要數據，回答了數十年之久的問題：加熱和加速太陽風的能量來自哪裡。太陽軌道器與美國國家航空暨太空總署（NASA）的帕克太陽探測器（Parker Solar Probe）協同工作，揭示了為這種外流提供動力所需的能量來自太陽磁場的巨大波動。

太陽風是從太陽大氣層（稱為日冕）中逸散出來的帶電粒子的恆定流，流經地球。正是太陽風與我們星球大氣層的碰撞引發了天空中五彩繽紛的極光。

快速太陽風的移動速度超過每秒500 公里，相當於每小時180 萬公里。奇怪的是，這種風以較低的速度離開日冕，因此當它向更遠的地方移動時，有東西會使它加速。當百萬度的風膨脹到更大的體積，密度變小時，它自然會冷卻下來，就像地球上爬山時的空氣一樣。然而，僅從這種效應來看，它的冷卻速度比預期的要慢。

那麼，是什麼提供了必要的能量來加速和加熱太陽風中速度最快的部分呢？來自歐空局太陽軌道器和美國太空總署帕克太陽探測器的數據提供了確鑿的證據，答案就是太陽磁場中的大規模振盪，即阿爾芬波。

這項工作的共同第一作者、馬薩諸塞州哈佛大學和史密森天文物理學中心的耶米-裡維拉（Yeimy Rivera）說：”在這項工作之前，阿爾費恩波曾被認為是一種潛在的能量來源，但我們並沒有確切的證據。

歐空局領導的太陽軌道飛行器任務和美國宇航局的帕克太陽探測器的聯合觀測表明，快速太陽風被太陽磁場線的巨大偏轉加熱並加速離開太陽，這種偏轉被稱為磁迴旋或阿爾芬波。圖片來源：歐空局

在普通氣體（如地球大氣層）中，唯一能傳播的波是聲波。然而，當氣體被加熱到超高溫時，例如在太陽的大氣層中，它會進入一種被稱為等離子體的電化狀態，並對磁場做出反應。這樣，磁場中就會形成波，也就是阿爾芬波。這些波能儲存能量，並能在等離子體中有效地傳遞能量。

普通氣體以密度、溫度和速度的形式表達其儲存的能量。然而，在等離子體中，磁場也儲存著能量。太陽軌道器和帕克太陽探測器都包含必要的儀器來測量等離子體的特性，包括其磁場。

儘管這兩個太空船與太陽的距離不同，運行軌道也大相徑庭，但在2022 年2 月，這兩個太空船碰巧沿著同一股太陽風對準了太陽。

帕克號在距離太陽13.3 個太陽半徑（約900 萬公里）的地方運行，位於日冕的最外緣，它首先穿過了日冕流。太陽軌道器在128個太陽半徑（8900萬千米）處運行，一兩天後穿過日冕流。 Yeimy說：”這項工作之所以能夠完成，是因為這兩個航天器在從太陽出發的不同階段對同一太陽風流進行了非常特殊的對準。”

研究小組充分利用這種罕見的排列方式，對同一等離子體流在兩個不同地點的測量結果進行了比較。他們首先將測量結果轉換為四個關鍵的能量量，其中包括對磁場中儲存能量的測量，即波能通。

由於能量既不能被創造也不能被毀滅，只能從一種形式轉換成另一種形式，研究小組將帕克的讀數與太陽軌道器的讀數進行了比較。他們同時使用和不使用磁能項進行了比較。

日冕中的一個回折點（左下方約8 點鐘位置的突出白色/淡藍色特徵）。資料來源：ESA & NASA/太陽軌道器/EUI & Metis 小組和D. Telloni 等人(2022)

第一作者、哈佛大學天體物理學中心和馬薩諸塞州史密森尼天文物理學中心的塞繆爾-巴德曼（Samuel Badman）說：”我們發現，如果不包括帕克的波能通量，我們就無法完全匹配太陽軌道器的能量。

在靠近太陽的地方，也就是帕克測量磁流的地方，發現磁場中的能量約佔總能量的10%。在太陽軌道器上，這個數字下降到只有1%，但等離子體已經加速，冷卻速度比預期的要慢。

透過比較這些數據，研究小組得出結論：損失的磁能為加速提供了動力，並透過自身的加熱減緩了等離子體的冷卻速度。

這些數據也顯示了被稱為”迴旋”的磁場結構對風速加速的重要性。迴轉是太陽磁場線的大偏轉，是阿爾芬波的例子。自20 世紀70 年代的第一批太陽探測器以來，人們就已經看到了這種現象，但自從帕克太陽探測器在2021 年成為第一個飛越日冕的太空船，並探測到磁場結構成片地連結在一起之後，這種現象的探測率急遽上升。

這項新工作證實，這些開關背斑塊含有足夠的能量，可以對快速太陽風加速和加熱的缺失部分負責。

“這項新工作巧妙地將太陽拼圖中的幾大塊拼圖組合在一起。太陽軌道器、帕克太陽探測器和其他任務收集到的數據越來越多地向我們表明，不同的太陽現象實際上共同建構了這個非同尋常的磁性環境，”歐空局太陽軌道器計畫科學家丹尼爾-穆勒（Daniel Müller）說。

它不僅告訴我們太陽系的情況。 “我們的太陽是宇宙中唯一一顆我們可以直接測量其風的恆星。因此，我們從太陽身上學到的東西至少可能適用於其他太陽型恆星，或許也適用於其他有風的恆星類型， “塞繆爾說。

研究小組目前正在努力擴大他們的分析範圍，以適用於速度較慢的太陽風，看看太陽的磁場能量是否也在太陽風的加速和加熱過程中發揮了作用。

編譯自/ scitechdaily