研究人員利用美國國家航空暨太空總署（NASA）和歐空局（ESA）的太空船揭示了太陽附近的磁性迴轉如何為太陽風提供能量，從而影響地球並可能影響系外行星的宜居性。這項突破有助於回答有關太陽風動力學的長期問題，並對理解整個銀河系的恆星現象具有更廣泛的影響。

這幅藝術家的概念圖展示了太陽磁場中的迴旋處或大型扭結。 圖片來源：美國太空總署戈達德太空飛行中心/概念圖像實驗室/Adriana Manrique Gutierrez

自1960 年代以來，天文學家們一直困惑於太陽的超音速”太陽風”–流向太陽系的高能粒子流–在離開太陽後如何繼續保持能量。 現在，兩個太空船（一個來自美國國家航空暨太空總署，另一個是歐空局（歐洲太空總署）/美國國家航空暨太空總署的聯合任務）的幸運排列可能已經揭示了答案。 這項發現提供了至關重要的洞察力，有助於科學家改進對影響太陽和地球之間空間的太陽活動的預測。

太陽軌道器插圖美國太空總署的帕克太陽探測器正在觀測太陽。 圖片來源：太陽軌道器： 歐空局/ATG medialab；帕克太陽探測器： 美國國家航空暨太空總署/約翰斯-霍普金斯亞太實驗室

研究人員最近在《科學》（Science）雜誌上發表了一篇論文，提出了令人信服的證據，證明速度最快的太陽風是由磁性”迴旋”（太陽磁場中的大型扭結）驅動的。

這項研究的共同負責人、哈佛天體物理學中心（Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian）下屬史密森天體物理天文台（Smithsonian Astrophysical Observatory）的博士後Yeimy Rivera說：”我們的研究解決了一個關於太陽風如何獲得能量的巨大懸而未決的問題，有助於我們了解太陽如何影響其環境，並最終影響地球。提供動力，並可能對系外行星的宜居性產生影響。

此前，美國國家航空暨太空總署的帕克太陽探測器發現，這些迴轉在整個太陽風中很常見。 帕克探測器於2021年成為第一個進入太陽磁性大氣層的飛行器，它使科學家們能夠確定，在靠近太陽的地方，回折變得更加明顯和強大。 然而，到目前為止，科學家們還缺乏實驗證據來證明這一有趣的現象確實沉積了足夠的能量，從而在太陽風中發揮了重要作用。

天體物理中心的天體物理學家、合著者邁克-史蒂文斯（Mike Stevens）說：”大約三年前，我在一次演講中談到這些波是多麼迷人。最後，一位天文學教授站起來說，’這很好，但它們真的重要嗎？

這張概念圖顯示帕克太陽探測器即將進入日冕。 圖片來源：Ben Smith/應用物理實驗室/美國國家航空暨太空總署

為了回答這個問題，科學家小組不得不使用兩個不同的太空船。 帕克號是為穿越太陽大氣層或”日冕”而建造的。 歐空局和美國國家航空暨太空總署（NASA）的太陽軌道器（Solar Orbiter）任務的軌道也離太陽相對較近，可以在更遠的距離測量太陽風。

這項發現之所以成為可能，是因為2022 年2 月的一次巧合對準，使得帕克太陽探測器和太陽軌道器能夠在兩天內測量相同的太陽風流。 當帕克探測器繞過太陽磁性大氣層邊緣時，太陽軌道器幾乎接近太陽的一半。

” 我們最初並沒有意識到帕克和太陽軌道器測量的是同一件事。帕克看到太陽附近的等離子體速度較慢，充滿了迴旋波，而太陽軌道器則記錄到了一個快速流，它接收到了熱量，波的活動非常少，”天體物理中心的天體物理學家、這項研究的另一位共同負責人塞繆爾-巴德曼（Samuel Badman）說。 “當我們把這兩者聯繫起來的時候，那是一個真正的尤里卡時刻。”

藝術家的概念圖顯示太陽軌道器靠近太陽。 資料來源：美國太空總署戈達德太空飛行中心概念影像實驗室

科學家早就知道，能量是透過所謂的”阿爾芬波”在整個日冕和太陽風中流動的，至少部分是這樣。 這些波透過等離子體傳遞能量，等離子體是構成太陽風的過熱物質狀態。

然而，阿爾費恩波在太陽和地球之間的演變和與太陽風的相互作用程度卻無法測量–直到這兩個任務被同時發送到比以往任何時候都更接近太陽的地方。 現在，科學家可以直接確定這些波在日冕附近的磁場和速度波動中儲存了多少能量，而在離太陽更遠的地方，這些波所攜帶的能量要少得多。

新的研究表明，以迴轉形式出現的阿爾芬波能提供足夠的能量，以解釋太陽風在遠離太陽時的加速流中所記錄的加熱和加速現象。

麻省理工學院榮譽教授約翰-貝爾徹（John Belcher）說：「我們花了半個多世紀的時間才證實阿爾文波加速和加熱是重要的過程，而且它們的發生方式與我們認為的大致相同。

除了幫助科學家更好地預測太陽活動和太空天氣外，這些資訊還有助於我們了解宇宙其他地方的奧秘，以及類似太陽的恆星和恆星風是如何在各處運行的。

美國太空總署帕克太陽探測器任務科學負責人亞當-薩博（Adam Szabo）說：”這一發現是解答太陽風如何在日光層最內層加速和加熱這一長達50年之久的問題的關鍵拼圖之一，使我們更接近完成帕克太陽探測器任務的主要科學目標之一。

編譯自/ SciTechDaily