首先,科学家将危险的太阳能粒子追溯到太阳上的根部

AR 11944太阳耀斑

2014年1月7日,NASA的太阳动力学观测站用几种不同波长的光波观测了来自AR 11944的太阳耀斑。从右到左,这些人工彩色图像显示了大约100万华氏度(60万摄氏度)、450万华氏度(250万摄氏度)和1270万华氏度(710万摄氏度)的等离子体。来源:美国国家航空航天局/ SDO

以接近光速的速度在太空中穿梭,太阳能量粒子(SEPs)是未来人类太空飞行的主要挑战之一。这些微小的太阳抛射物组成的云层可以在一小时内到达地球,行程9300万英里。它们可以烧毁敏感的宇宙飞船电子设备,对人类宇航员构成严重威胁。但它们的起源非常难以预测,部分原因是我们仍然不知道它们在太阳上的确切位置。

一个新的研究追踪三个SEP爆发回太阳提供了第一个答案。

伦敦大学学院(University College London)空间物理学家、论文合著者斯蒂芬妮·亚德利(Stephanie Yardley)说:“我们第一次能够确定这些高能粒子的具体来源。”“了解产生SEPs的源区域和物理过程可以改进对这些事件的预测。”该研究的作者大卫·布鲁克斯,华盛顿特区乔治梅森大学的空间物理学家和亚德利在《科学》杂志上发表了他们的发现科学推进在2021年3月3日。

SEP可以在任何方向上从太阳射出;在广阔的空间中捕捉一个是没有小小的壮举。美国宇航局一世的光晕物理学系统天文台 - 一个越来越多的阳光学习航天器,战略性地放置在整个太阳系中 - 是部分地设计的,以增加这些幸运遭遇的机会。

科学家们将SEP事件分为两种主要类型:冲动和渐进。脉冲的SEP事件通常发生在太阳耀斑后,光亮闪烁在突然磁性爆发产生的阳光下。

马里兰州格林贝尔特美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心“风”号航天器的项目科学家林恩·威尔逊说:“这真的是一个急剧的峰值,然后随着时间呈指数衰减。”

AR 11944耀斑

从2014年1月7日发出的AR 11944的一张耀斑的特写镜头视图。这一爆发可能是风如何从太阳释放出来的。来源:美国国家航空航天局/ SDO

渐进的sep持续时间更长,有时长达数天。它们成群结队地出现,使得爆炸对宇航员和卫星构成更大的威胁。日冕物质抛射(cme)是由大量太阳物质组成的羽状物,像潮汐一样在空间中翻腾。sepp就像冲浪者一样,被波浪所吸引,并以难以置信的速度前进。

关于逐步SEP的最大谜团并不是速度,而是他们来自第一的地方。由于尚未完全明白,SEPS含有与其他太阳能在太阳风中的其他太阳能物流 - 更少的碳,硫和磷离子中的其他太阳能材料混合。一些科学家怀疑他们从一个完全不同的布料切割,在太阳风的其他地方形成了不同的特征或层。

要了解SEPS来自哪里,Brooks和Yardley于2014年1月从2014年1月追溯到他们的起源在阳光下追溯到他们的起源。

他们开始与美国宇航局的风宇宙飞船,L1拉格朗士队的轨道比我们靠近阳光的1万英里。Wind的八个仪器之一是能量粒子:加速,组成和运输,或膜仪器,其专门检测SEPs。1月4日拍摄了三个强大的SEP爆炸TH.6TH.和8.TH.

风的数据显示,这些SEP事件确实具有特定的“指纹” - 与通常在太阳风中的颗粒的不同混合。

该论文的第一作者布鲁克斯说:“与太阳风相比,SEPs中的硫通常更少,有时要少得多。”“这是SEPs的独特指纹,使我们能够在太阳大气中寻找同样缺乏硫的地方。”

他们转向了雅克/美国国家航空航天局的阳光观赏hinode.布鲁克斯在日本为美国国家航空航天局(NASA)担任关键的操作角色。日出正在观察11944年的活动区域,这是一个强烈磁场的明亮区域,从地球上可以看到一个巨大的太阳黑子。AR 11944在1月初产生了几次大耀斑和日冕物质抛射,释放并加速了观测到的SEPs风。

Hinode的极端紫外线成像光谱仪或EIS仪器扫描有源区,将光分解为用于识别特定元素的光谱线。它们在有源地区寻找具有匹配指纹的地方,其中特定的元素组合与他们在风数据中所看到的内容同意。

“这类研究正是日出号的设计初衷,”日出号的美国项目科学家Sabrina Savage说。“复杂的系统科学不可能在一个泡泡里完成一次任务。”

Hinode的数据揭示了SEP事件的来源 - 但这不是布鲁克斯或Yardley的预期。

通常,太阳风可以通过找到一个悬挂在太阳的开放磁场线路 - 在一端锚定,而是在另一端落入空间。

闭合的磁场线绕回太阳

封闭的磁场线环回到太阳,被伸向太空的开放场线包围,如本说明书所示。信用:美国宇航局的戈达德太空飞行中心/丽莎波吉/迪茨纳

“我真的认为我们将在积极区域的边缘找到它,其中磁场已经开放,材料可以直接逃逸,”布鲁克斯说。“但是指纹仅在磁场仍然关闭的区域中匹配。”

SEPS以某种方式摆脱了两端连接到太阳的强磁环。这些环绕铬圈顶部附近的捕获材料,下面的太阳耀斑和冠状大气喷射爆发的一层。

布鲁克斯说:“人们已经在考虑如何让它从封闭的磁场中出来,特别是在太阳风的背景下。”“但我认为,这种物质是在该区域的核心发现的,那里的磁场非常强,这使得这些过程更难进行。”

令人惊讶的结果提高了关于SEPS如何逃离太阳的新问题,未来工作成熟的问题。尽管如此,精确定位一个事件的来源是一大步前进。

“Normally, you have to infer this kind of thing – you’d say, ‘look we saw an SEP and a solar flare, and the SEP probably came from the solar flare,’” said Wilson, who wasn’t involved in the study. “But this is direct evidence tying these two phenomena together.”

Brooks和Yardley还展示了一种使用NASA不断增长的Heliophysics系统天文台的方法,将多空间的观测组合在一起,以便进行科学,以前是不可能的。

“这是一种思考所有航天器,即在飞行中可以用来做一项研究,”威尔逊说。“这就像有一堆气象站 - 你开始获得更好的图像在更大的尺度上的天气,你可以积极开始试图预测它。”

“这些作者在结合正确的数据集并将其应用于正确的问题上做了出色的工作,”Savage说。“由于这项努力,对潜在有害高能粒子起源的搜索已经大大缩小。”

参考:“Super Active Region 11944的主要太阳能粒子事件的来源由David H. Brooks和Stephanie L. Yardley,3月3日2021年3月3日,科学推进
DOI:10.1126 / sciadv.abf0068

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