帕克太阳能探头将面临多百万度的华氏温度

帕克太阳能探测和太阳风的诞生

在这幅图中,太阳风吹过地球。图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心/科学可视化工作室/Greg Shirah

今年夏天,人类开始了第一次接触太阳的任务:一艘宇宙飞船将被发射到太阳的外层大气层。

面对数百万度华氏温度温度,美国国家航空航天局帕克太阳探测器——以尤金·帕克命名芝加哥大学首先预测太阳风的物理学家 - 将直接示出太阳能粒子和磁场,以解决今天太阳科领域面临的一些最重要的问题。其中有些问题:太阳风的起源是什么,它是如何加速到每小时高达180万英里的速度?

太阳风填满了我们的整个太阳系。当太阳风的阵风到达地球时,他们可以掀起耀眼的极光 - 但也将宇航员暴露在辐射,干扰卫星电子,并破坏GPS和无线电波等通信信号。我们越了解推动太阳风的基本流程,我们可以减轻其中一些效果。

1958年,帕克发展了一种理论,证明了太阳炽热的日冕——当时已知的温度为数百万华氏度——是如何高温到足以克服太阳的引力的。根据该理论,日冕中的物质向各个方向不断膨胀,形成太阳风。一年后,苏联的月球1号宇宙飞船在太空中探测到了太阳风粒子,三年后,美国宇航局的水手2号宇宙飞船确认了这些观测结果。

太阳风的诞生

在这张太阳的极端紫外线图像中,黑暗的日冕孔旋转进入视野。学分:NASA / SDO

几年前,水手2检测到两个不同的太阳风流:慢速流在每秒大约215英里,快速流速度,速度的两倍速度。然后,在1973年,鉴定了快速太阳风的起源。从Skylab取出的电晕X射线图像 - 美国的第一个载人航天站 - 透露,快速风从冠状孔中喷射,在太阳下是黑暗的,凉爽的地区。

“慢太阳风在许多方面,一个更大的谜团,”Nasa的戈达德太空飞行中心太阳能物理学家吉姆·克里姆克(Jim Klimchuk)在马里兰州Greenbelt的飞行中心。“它为揭示基本新的理解提供了极大的承诺。”

缓慢太阳风的起源和加速机制仍然是个谜。这是科学家之间长达几十年的激烈争论。

但我们并非没有线索。NASA于1990年发射的绕太阳两极飞行的尤利西斯任务观察到,在太阳活动最低的时期,缓慢的太阳风局限在太阳的赤道——帕克太阳探测器将在那里飞行。随着太阳活动周期接近其最大周期,太阳风的结构从两极快而赤道慢的两种截然不同的状态转变为混合的、不均匀的气流。

关于缓慢太阳风起源的争论取决于所谓的封闭日冕和开放日冕之间的区别。闭合日冕指的是太阳磁场线闭合的区域,也就是两端与太阳表面相连的区域。明亮的头盔飘带——在磁活跃区域上形成的大圈,形状像骑士的尖顶头盔——就是这样一个例子。的等离子体或者沿着头盔飘带的封闭回路行进的电离气体是大多数局限于太阳附近的区域。

美国宇航局的帕克太阳能探测器和热电晕的好奇案例

封闭的磁场线环回到太阳以形成头盔飘带,周围环绕着伸出空间的开放场线,如本说明书所示。积分:美国宇航局的戈达德太空飞行中心/丽莎波吉/加尔纳杜克斯坦

另一方面,开放的电晕是指磁场线仅在一端锚定向太阳的区域,在另一端延伸到太空中,从而为太阳能材料产生高速公路逃逸到空间中。冠状孔 - 快速太阳风源处的较冷区 - 是开放场线的栖息地。

当慢太阳风留下太阳能电晕时,它也在开放的磁场线上流动,因为这是远离太阳的唯一途径。但是,无论是在那里开始的理论都有所不同,或者在封闭的场线上出生,只能在沿途的某处切换到开放的场地线。

例如,膨胀因子理论,例如,慢太阳风源于开放场线,就像快速的风一样。它(相对)慢速速度来自推出路径,它将其出路在电晕上,因为磁场线裙轮毂横穿头盔飘带的边界。就像管道通过管道的水量向涓涓细流随着管道膨胀时,沿着这些加宽的磁路沿着这些加宽的磁道抽出,形成慢风。

其他的理论认为,缓慢的太阳风产生于封闭的磁力线,然后转变为开放的磁力线。因此,当来自冕状孔的开放磁场线与头盔飘带边缘的封闭磁场线相撞时,就会形成缓慢的风,这种情况被称为“磁重连”。就像操作员打开开关后火车改变轨道一样,原先流光的闭合磁场线上的等离子体突然发现自己进入了开放磁场线上,在那里它可以逃到太空中去。

慢太阳风量子曾经在封闭的场线上持续的想法是通过证据支持我们曾经面对我们所知道的极端加热的证据。

“当我们测量它时,这不是血浆的温度;这是关于这种等离子体的温度历史,“在戈达德的密歇根州大学研究科学家Aleida Higginson说。“我们可以说,过去的太阳风在过去更热。”此外,构成慢速太阳风的特定元素混合与在封闭的电晕中看到的那些匹配 - 但是没有血浆我们所知道的等离子体一直是开放的场线。

目前通过航天器附近测试这些理论的努力被他们的测量与太阳风的起源之间的远距离(在9300万英里所发生)之间的大距离被推迟。关键是接近,将太阳风追溯到其源头 - 帕克太阳能探头将只是这样做。

“如果我们可以测量慢太阳风,并且发现它来自开放和封闭磁场之间的边界,那么支持磁性重新连接引起慢太阳风的想法,”Klimchuk说。

帕克太阳能探头的乐器将收集磁重组的下游证据 - 封闭场到开放场理论在播放的讲述迹象。特定类型的重新连接以不同的方式扭曲产生的磁场,帕克的乐器将在早期衡量这些领域的曲折,然后在他们有很多时间被扭曲之前。此外,新兴太阳风的特写图像将告诉我们冠状结构如何发展,因为它们向外传播。这将有助于我们回答太阳风是否是连续或间歇流的长期问题。

对于那些渴望数据来验证自己理论的科学家来说,对日冕磁场的精确测量将是无价的。“这就是帕克的任务如此重要的原因,”希金森说。“这一切都可以追溯到对太阳磁场结构的详细了解。”

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