天文学家在太阳中找到了危险的高能粒子的来源

日冕物质抛射地球尺度

2012年8月31日,日冕物质抛射(CME)向太空喷发。这张照片是由太阳动力学观测台(Solar Dynamics Observatory)拍摄的171埃和304埃波长的混合图像。注:地球离太阳并不是这么近,这张照片仅供比例尺使用。来源:美国国家航空航天局/戈达德太空飞行中心

伦敦大学学院和美国弗吉尼亚州乔治梅森大学的研究人员首次确定了具有潜在危险的太阳粒子的来源,这些粒子是太阳在风暴发生时在其外层大气中高速释放出来的。

这些粒子带有很高的电荷,如果它们到达地球大气层,可能会破坏卫星和电子基础设施,并对宇航员和飞机上的人构成辐射风险。1859年,在卡灵顿事件期间,一场巨大的太阳风暴导致欧洲和美国的电报系统瘫痪。现代世界如此依赖电子基础设施,潜在的危害要大得多。

为了将危险降至最低,科学家们正在寻求了解这些粒子流是如何产生的,以便更好地预测它们何时可能影响地球。

在新的研究中,发表在科学的进步在美国,研究人员分析了飞向地球的太阳能量粒子的组成,发现它们具有相同的“指纹”等离子体位于太阳日冕的低处,靠近太阳大气层的中间区域,色球层。

合著者史蒂芬妮·亚德利博士(UCL Mullard空间科学实验室,MSSL)说:“在我们的研究中,我们第一次准确地观察到了太阳高能粒子的来源。我们的证据支持这样一种理论,即这些高电荷粒子来自太阳大气中被强磁场压低的等离子体。这些高能粒子一旦被释放出来,就会因每秒几千公里的喷发而加速。

“高能粒子可以很快到达地球,在几分钟到几小时内,这些事件会持续几天。目前,我们只能在这些事件发生时提供预测,因为在它们发生之前预测这些事件是非常具有挑战性的。通过更好地了解太阳的过程,我们可以提高预测,这样当大型太阳风暴来袭时,我们就有时间采取行动降低风险。”

该研究的主要作者大卫·布鲁克斯博士(乔治梅森大学和伦敦大学MSSL分校荣誉副教授)说:“我们的观察提供了一个诱人的机会,让我们得以一窥上一个太阳周期中产生太阳高能粒子的物质来自哪里。”我们现在开始了一个新的太阳周期,一旦它开始,我们将使用同样的技术来看看我们的结果是否普遍正确,或者这些事件是否有些不寻常。

“我们很幸运,因为我们对太阳风暴和太阳能量粒子背后的机制的理解在未来几年里可能会迅速推进,这要感谢两个航天器——欧洲航天局的太阳轨道器和太阳粒子探测器获得的数据。美国国家航空航天局帕克太阳探测器——它比以往任何航天器都更接近太阳。”

在这项研究中,研究人员使用了美国宇航局风卫星(位于太阳和地球之间)的测量数据,分析了2014年1月的一系列太阳高能粒子流,每个粒子流至少持续一天。他们将这些数据与来自JAXA主导日之出宇宙飞船。(航天器上的EUV成像光谱仪是由伦敦大学学院MSSL建造的,布鲁克斯博士是该任务在日本的操作团队的成员。)

他们发现,Wind卫星测量到的太阳能量粒子具有相同的化学特征——与硫相比,硅含量丰富——等离子体被限制在太阳色球层顶部附近。这些位置位于炙热日冕环的“脚点”——也就是说,位于磁场和等离子体环的底部,向外延伸至太阳的外层大气,然后再返回。

使用新技术,研究小组测量了在这些footpoints日冕磁场强度,并发现这是非常高的,在该地区的245到550高斯,证实等离子体的理论,是降低了太阳大气的强磁场的释放到太空中。

太阳释放出高能粒子,并被太阳耀斑(大爆炸)或日冕物质抛射(等离子体和磁场形成的巨大云团的抛射)加速。大约100个太阳能量粒子事件发生在每11年的太阳周期,尽管这个数字在周期之间变化。

最新的发现支持了这样一种观点,即一些太阳能量粒子与缓慢的太阳风(其起源仍有争议)来自不同的来源,因为它们被限制在源区域核心的高温日冕环的特定条件下。更快的太阳风不断地由太阳发出;当它与地球大气层相遇时就会产生北极光。

2014年1月释放的高能粒子来自太阳的一个易挥发区域,那里有频繁的太阳耀斑和日冕物质抛射,以及极强的磁场。这个被称为11944年的区域是当时太阳上最活跃的区域之一,地球上的观测者可以看到它是一个太阳黑子——太阳表面的黑点。

当时,美国国家海洋和大气管理局(NOAA)和美国国家气象局(NWS)空间天气预报中心发布了强辐射风暴警报,但太阳高能粒子事件并没有对地球大气造成任何破坏,尽管日之子飞船上的计算机系统自己记录了几次粒子撞击。

在这段时间后不久,另一项研究对11944年地区的磁场强度进行了测量,这是有史以来太阳磁场强度最高的记录之一——8.2公斤。

出处:《11944年超级活动区主要太阳能量粒子事件的源头》作者:David H. Brooks和Stephanie L. Yardley,出版于2021年3月3日,科学的进步
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0068

1评论关于“天文学家在太阳上找到危险高能粒子的来源”

  1. 借助橡胶,我们可以想象宇宙中物质的发展:
    1) 1m ^ 3橡胶重1850公斤(想象这些是绳子);
    2) 1米³的网球,由同样的橡胶制成,重150公斤(夸克);
    3) 1m ^ 3足球重53公斤(质子和中子);
    1米³气球重81克(原子)
    所以,用1m ^ 3的橡胶可以制造出1850:0,081 = 22839 m ^ 3的气球!
    在物质的逐渐转变中(弦-夸克-核子-原子),这个体积比甚至更大,相差28个零!
    第一种是三种类型的暗物质,而我们只能看到原子。(尘埃、气体、行星和恒星的外壳)。恒星内部,包括我们的太阳,也是黑色的。https://www.youtube.com/watch?v=tFUM3vAlaGc

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