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自20世纪60年代以来，天文学家一直想知道太阳的超音速“太阳风”是如何在离开太阳后继续接收能量的。太阳风是一种流入太阳系的高能粒子流。现在，多亏了美国国家航空航天局(NASA)和欧洲航天局(ESA)/美国国家航空航天局(NASA)的一组幸运的航天器，他们目前正在研究太阳，他们可能已经找到了答案——这是帮助科学家更好地预测太阳和地球之间太阳活动的关键知识。

发表在2024年8月30日的《科学》杂志上的一篇论文提供了有说服力的证据，证明最快的太阳风是由太阳附近的磁场“反转”或磁场的大扭结驱动的。

“我们的研究解决了一个关于太阳风如何被激发的巨大开放问题，并帮助我们了解太阳如何影响其环境，并最终影响地球，”该研究的联合负责人、史密森天体物理天文台的博士后研究员Yeimy Rivera说。史密森天体物理天文台是哈佛和史密森天体物理中心的一部分。“如果这个过程发生在我们的本地恒星上，那么很有可能会给来自银河系内外其他恒星的风提供动力，并可能对系外行星的可居住性产生影响。”

此前，美国宇航局的帕克太阳探测器发现，在整个太阳风中，这种转换是很常见的。帕克号于2021年成为第一艘进入太阳磁场大气层的航天器，它让科学家们确定，在靠近太阳的地方，掉头会变得更明显、更强大。然而，到目前为止，科学家们缺乏实验证据来证明这种有趣的现象实际上在太阳风中储存了足够的能量。

“大约三年前，我做了一个关于这些波有多么迷人的演讲，”天体物理中心的天体物理学家迈克史蒂文斯说。“最后，一位天文学教授站起来说，‘这很好，但它们真的重要吗?＇＂

为了回答这个问题，科学家团队不得不使用两个不同的航天器。帕克号的设计目的是穿过太阳的大气层，也就是“日冕”。欧洲航天局和美国国家航空航天局的太阳轨道飞行器任务也在一个相对靠近太阳的轨道上，它可以在更远的距离上测量太阳风。

这一发现之所以成为可能，是因为2022年2月的一次巧合，让帕克太阳探测器和太阳轨道器在两天内测量了相同的太阳风流。太阳轨道器几乎到达太阳一半，而帕克则绕过太阳磁场大气层的边缘。

“我们最初并没有意识到帕克和太阳轨道器在测量同样的东西。“帕克在太阳附近看到了这个速度较慢的等离子体，充满了转换波，然后太阳轨道器记录了一个快速的流，它接受了热量，波浪活动很少，”天体物理中心的天体物理学家塞缪尔·巴德曼说，他是这项研究的另一位联合负责人。“当我们把两者联系起来时，那真是一个顿悟的时刻。”

科学家们早就知道，能量在太阳的日冕和太阳风中传播，至少部分是通过所谓的“阿尔夫萨芬波”传播的。这些波通过等离子体传输能量，等离子体是构成太阳风的物质的过热状态。

然而，在这两项任务比以往任何时候都更接近太阳之前，无法测量阿尔夫萨芬波的演变程度以及与太阳和地球之间的太阳风的相互作用。现在，科学家们可以直接确定在日冕附近这些波的磁场和速度波动中储存了多少能量，而远离太阳的波携带的能量少了多少。

这项新的研究表明，以折回形式出现的阿尔夫萨芬波提供了足够的能量，足以解释在离开太阳的更快的太阳风流中记录的加热和加速。

麻省理工学院名誉教授约翰·贝尔彻(John Belcher)说:“我们花了半个多世纪的时间来证实阿尔芬尼克波的加速和加热是一个重要的过程，它们的发生方式与我们认为的大致相同。”贝尔彻是太阳风中阿尔芬尼克波的发现者之一，但他没有参与这项研究。

除了帮助科学家更好地预测太阳活动和太空天气外，这些信息还帮助我们了解宇宙其他地方的奥秘，以及类太阳恒星和恒星风如何在各地运作。

美国宇航局帕克太阳探测器任务科学负责人亚当·萨博说:“这一发现是回答太阳风如何在日球层最深处加速和加热这个长达50年的问题的关键难题之一，使我们更接近帕克太阳探测器任务的主要科学目标之一。”

Megan Watzke著

天体物理中心|哈佛&史密森尼

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去年Updat 2024年8月30日

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