在距离太阳最近的地方探测到高能粒子爆发

粒子爆裂对宇航员构成威胁

在其阳光的前两个鹅卵石上,普林斯顿LED乐器是?船上帕克太阳能探头通过太阳能粒子检测到令人惊讶的各种活动 - 闪光电子,质子等离子在太阳风中飞出的其他离子- 这可能会破坏地球上的空间旅行和通信。观察结果只是探索这些粒子事件的表现,发现将在更广泛的阳光,空间天气和宇宙射线上阐明的结果。来自太阳的最大威胁之一 - 宇航员和提供GPS地图,手机服务和互联网接入的卫星 - 是从太阳爆发的高能粒子。TOP:2018年11月17日,那一年的第321天,帕克太阳能探测器是?观察到高能质子的爆发,每个都有超过100万的能量电子伏。温暖的颜色(黄色,橙色,红色)表示击中的这些高能粒子的数量增加?是传感器。底部:艺术家的一个表达这些能量粒子事件之一。信用:Jamey Szalay和David McComas;适用于D.J的许可。McComas等人,Nature 575:7785(2019)

NASA帕克太阳能探头的前两个轨道的新数据。

根据最近一次近距离飞越太阳的结果,从太阳冲出并能扰乱太空通信的高能粒子的爆发可能比之前认为的更加多样和众多。

这些新发现可以帮助我们了解太阳活动,并最终为太阳风暴提供早期预警美国国家航空航天局帕克太阳探测器(Parker Solar Probe)已经完成了它在这个燃烧的星球附近的首次飞行。四套套房的结果今天都在一套文章发表于杂志自然。

太阳综合科学调查(ISʘIS)仪器组的几个发现之一是这些高能粒子事件的种类和数量比以前知道的更多普林斯顿大学这涉及多个机构以及美国宇航局。

“这项研究标志着人类对近日环境侦察的重大里程碑,”斯坦斯科·科学仪器套件的主要调查员David McComas说,Astrophysice Suite,Astrophysical Proceists副总裁们的普林斯顿仪器套件和普林斯顿血浆物理实验室副总裁。“它提供了在太阳高层大气中的地区的高能粒子环境的第一次直接观察到了电晕。

“看到这些观察是一个连续的”尤里卡时刻“,”麦克马斯说。“每当我们收到来自航天器的新数据时,我们都目睹了任何人以前没有见过的东西。这与它一样好!“

ISOIS帕克太阳探测器的头两个轨道

在帕克太阳能探头的前两个轨道期间,是?被检测到许多小的能量粒子事件,太阳阵阵在速度下,颗粒流出太阳的速率迅速增加。在是?是,EPI-LO仪器测量成千上万的电子伏特中的颗粒,而EPI-HI测量颗粒用数百万到数百万的电子伏特。(供参考,您房屋中的电量为120伏。)这里,来自轨道1(左)和2(右)的数据显示是叠加的颗粒计数速率沿着表示帕克的轨迹的黑线覆盖为彩色条带太阳能探头。较低的能量(“LO”)速率位于轨道内部,而较高的能量(“HI”)率在外面运行。尺寸和颜色都对应于测量的速率,使得大型红色条表示最大的爆发,当太阳在短时间内释放最多的颗粒时。信用:Jamey Szalay和David McComas;适用于D.J的许可。McComas等人,Nature 575:7785(2019)

isʘis寻求了解粒子如何变得如此快速移动,以及推动它们加速的东西。寻找这些答案的科学家包括Isʘis队员在加州理工学院(CALTECH),约翰霍普金斯大学应用物理实验室(APL),NASA戈达德太空飞行中心,NASA Jet Propulsion Laboratory,New Hampsire大学西南研究所,特拉华大学和亚利桑那大学,以及加州大学 - 伯克利大学的合作者,伦敦帝国理工学院美国密歇根大学、史密森天体物理天文台和法国国家科学研究中心。

高度充满活力的粒子可以破坏通信和全球定位系统(GPS)卫星。这些主要由质子组成的颗粒物流具有两个来源。首先是来自我们的太阳系外,在爆炸恒星释放时生成称为宇宙射线的颗粒流。另一个是我们的太阳。两者都可以损坏航天器的电气系统,是可以损害宇航员健康的辐射形式。

这些能量粒子的飞速比太阳风更快,这是大约百万英里的每小时流动的热带电气体,鞭打太阳。如果太阳风是溪流,能量粒子将是跳出并在流动前跳跃的鱼。颗粒沿途径行进 - 称为磁通管 - 从电晕输出到太阳风中。

ISOIS发现高能粒子

顶部面板显示冠状物质喷射(CME)的示意图,在此期间,随着密歇根湖的爆发从太阳中喷射。这些可能对宇航员和太空卫星构成危害,但是是什么?科学家发现,微小的能量粒子匆匆走向喷射的质量,提供了进入威胁的预警。底部面板显示由α检测到的质子通量?是围绕观察到的CME的时间的EPI-LO(顶部)和磁场测量(底部)。精力充沛的颗粒在喷射质量前几天到达帕克太阳能探头。信用:Jamey Szalay和David McComas;适用于N.J.Fox等人的许可,空间科学评论204:7(2016)和D.J.McComas等人,Nature 575:7785(2019)

了解这些颗粒可以改善空间天气预报,并提出可能破坏地际通信和空间旅行的大规模风暴的预警。

“关于高能粒子如何形成和加速的问题的答案是非常重要的,”拉尔夫·麦克纳特说,他监督了套件中两个低能量仪器的建造,他是APL太空探索部门的首席科学家。“这些粒子影响我们在地球上的活动,以及我们将宇航员送入太空的能力。我们正在通过这项使命创造历史。”

由于其普林斯顿的天体物理科学系副研究员表示,由于它们的速度,粒子作为空间天气的早期预警信号。“这些颗粒快速移动,所以如果在途中有大太阳风暴,这些粒子是第一个指标。”

最先前的太阳能粒子研究依赖于位于太空的空间的探测器上,距离地球有9300万英里。当粒子到达那些探测器时,难以追踪它们来自的地方,因为来自各种来源的颗粒具有相互作用和混合。

McComas说:“这有点像汽车从拥挤的隧道和桥梁中驶出,向州际公路上扩散。”“它们在移动的过程中变得更快,但它们也会以一种混合的方式相互作用,当你离源头越来越远时,你就无法分辨谁来自哪里。”

在阳光周围的第一次旅行中,帕克太阳能探头随着前一艘以前的宇宙飞船已经靠近阳光而行旅行。最接近的航天器是1400万英里或35英里的太阳半径,即太阳宽度为17.5宽 - 来自火热的表面。

isʘis的副首席研究员、美国宇航局戈达德的高级研究科学家埃里克·克里斯蒂安(Eric Christian)说,接近太阳是揭示这些粒子如何形成和获得高能量的关键。“这就像试图通过研究山的底部来衡量山中发生的事情。要想知道发生了什么,你必须去有行动的地方:你必须登上那座山。”

研究人员的潜在关注的是,Sun的11年的活动周期目前处于低位。但低活动水平已成为一个优势。

“太阳安静的事实使我们能够分析极端孤立的事件,”新罕布什尔大学的物理学和天文学教授和天文学教授,位于新罕布什尔大学的斯坦斯科学运营中心负责人。“这些是从更远的地方看到的事件,因为它们只是被太阳风活动堵塞。”

在前两种轨道期间,isʘis观察了几种令人兴奋的现象。一个是突发的能量颗粒活性,与冠状物质弹出,从电晕中爆发通电和磁化颗粒的爆发。在喷射之前,isʘis检测到相对低的能量粒子的堆积,而在喷射之后存在高能粒子的积聚。这些事件很小,无法从地球的轨道中检测到。

来自ISʘIS的另一个观察是粒子活动,这表明了一种太阳风交通堵塞,当太阳风突然减缓时,导致快速移动的太阳风在它后面堆积,形成一个压缩的粒子区域。天体物理学家称这种聚集为同向旋转相互作用区,发生在地球轨道之外,并将高能粒子送回太阳,ISʘIS在那里观测到它们。

研究人员渴望了解太阳将粒子加速到高速的机制。isʘis检测每个粒子的身份 - 无论是氢,氦,碳,氧气,铁还是另一个元素 - 都将帮助研究人员进一步探索这个问题。

“有两种加速机制,在太阳辐射时发生的加速度机制,当您获得太阳风的冲击和压缩时发生另一个时,但它们如何引起粒子加速度并不符合那么良好地理解。” said Mark Wiedenbeck, a principal scientist at NASA’s Jet Propulsion Laboratory, who oversaw the development of the higher energy instrument in the ISʘIS suite. “The composition of the particles is a key diagnostic to tell us the acceleration mechanism.”

isʘis于9月1日由太阳制成第三次刷子,并将在2020年1月29日举行。随着使命继续,卫星将共24个轨道,每次都接近太阳面,直到这是来自恒星的大约五个太阳宽度。研究人员希望未来的Flybys将揭示对能量粒子的来源的见解。他们是否以“种子颗粒”开始达到更高的能量?

McComas集团普林斯顿博士后研究员Jamie Sue Rankin,开始在Caltech的研究生中努力工作。

“在过去十年中,看到这整个过程都很整洁,”Rankin说。“就像冲浪浪潮一样:我们建造了这些乐器,确保他们正在工作,调整,以确保校准是正确的 - 现在是令人兴奋的部分,回答我们向地址的问题回答了这些问题。

“与任何宇宙飞船一起出现,当你走出太空时,你认为你知道要期待什么,但总会有很棒的惊喜,以最好的方式使我们的生活复杂化,”她说。“这就是让我们在做我们做的事情的原因。”

Reference: “Probing the energetic particle environment near the Sun” by D. J. McComas, E. R. Christian, C. M. S. Cohen, A. C. Cummings, A. J. Davis, M. I. Desai, J. Giacalone, M. E. Hill, C. J. Joyce, S. M. Krimigis, A. W. Labrador, R. A. Leske, O. Malandraki, W. H. Matthaeus, R. L. McNutt Jr, R. A. Mewaldt, D. G. Mitchell, A. Posner, J. S. Rankin, E. C. Roelof, N. A. Schwadron, E. C. Stone, J. R. Szalay, M. E. Wiedenbeck, S. D. Bale, J. C. Kasper, A. W. Case, K. E. Korreck, R. J. MacDowall, M. Pulupa, M. L. Stevens and A. P. Rouillard, 4 December 2019,自然
DOI: 10.1038 / s41586 - 019 - 1811 - 1

这项工作是NASA合同NNN06AA01C Parker太阳探测器任务的一部分。

3评论在“阳光下最接近的飞行中检测到的高度充电能粒子的爆发”

  1. 当然,如果你有错误的太阳能模型,所有这些新发现都是巨大的惊喜。然而,解释是在他们面前的另一面,但他们看不到它。这里是:

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