一年前，美国宇航局的帕克太阳探测器比历史上任何一颗卫星都更接近太阳，从太阳百万度日冕的边缘收集了大量壮观的数据。
现在，这些数据让太阳物理学家能够绘制出太阳风主要成分的来源图，太阳风不断地在地球的大气层中弥漫，同时也揭示了可能加速这些粒子向地球运动的奇怪的磁场倒转。
这些加速粒子与地球磁场相互作用，产生了五颜六色的南北极光。但它们也有可能破坏地球表面的电网和电信网络，威胁轨道卫星，甚至可能危及太空中的宇航员。
太阳物理学家对太阳的磁场环境以及太阳如何将太阳风粒子抛向行星了解得越多，他们就能更好地预测事件并防止损害。
美国宇航局的帕克太阳探测任务比任何人造物体都更接近太阳。(图片由NASA/Johns Hopkins APL提供)
”有一个重大的空间天气事件在1859年,地球上电报网络和一个在1972年出发北越南海军水雷,只是从太阳风暴产生的电流,”斯图尔特贝尔说,加州大学伯克利分校的物理学教授的第一作者一篇关于新探测领域的实验结果。“与1972年相比，我们现在更像是一个科技社会，地球上的通讯网络和电网异常复杂，因此来自太阳的巨大干扰可能是一件非常严重的事情。如果我们能预测太空天气，我们就能关闭或隔离部分电网，或关闭可能脆弱的卫星系统。”
《自然》(Nature)杂志将于12月4日在网上发布这些发现，这是描述2018年探测器近距离接触太阳后所有新发现的四篇论文之一。这四篇论文都将发表在12月12日出版的《华尔街日报》印刷版上。
日冕洞
帕克太阳探测器的主要目标之一是发现“缓慢”太阳风的来源，以及太阳风是如何在太阳的高温大气中加速的——100万摄氏度(约200万华氏度)的日冕。太阳风由带电粒子组成，主要是质子和氦核，它们沿着太阳的磁场线移动。所谓的“快”太阳风，以每秒500到1000公里的速度出现，被认为是来自太阳南北两极日冕中的大洞。但是，人们对“慢”太阳风的起源知之甚少。“慢”太阳风的密度更大，但速度只有“快”太阳风的一半。
一年前帕克太阳探测器近距离遭遇太阳时，太阳周围的磁场。太阳表面是彩色的，以显示发射的紫外线，而日冕洞出现较轻。黑线是闭合的磁场，蓝线和红线分别是极性为负和极性为正的开放磁场。探测器观测到的折回或喷流显示为从一个日冕孔中出现并连接到PSP的开放场线中的扭结。(加州大学伯克利分校绘图;NASA/Johns Hopkins APL提供的航天器图像)
探测器第一次近距离接触的数据——自那以后，探测器在最接近太阳轨道的近日点(即近日点)发生了两次亲密接触——揭示了丰富的新物理学知识。
“到目前为止，我们与太阳探测器的前三次相遇都很壮观，”菲尔兹的首席调查员贝尔说。“我们可以看到日冕的磁结构，这告诉我们太阳风是从小的日冕洞中出现的;我们看到了脉冲活动，大型喷流或转换，我们认为这与太阳风的起源有关;我们看到不稳定——气体本身不稳定，并且自己产生波动。我们也对太阳圈内部的粉尘环境的恶劣程度感到惊讶。”
在每次近距离接触过程中，探测器会在一个日冕洞上方停留长达一周的时间，日冕洞会使太阳风粒子沿着磁力线流过探测器，使探测器上的仪器前所未有地观察到太阳表面的情况。
去年，明尼苏达大学的斯图尔特·贝尔(左)和基思·戈茨在帕克太阳能探测器发射前对他们的仪器进行了最后的检查。
由于其他航天器(如STEREO)对太阳的极紫外测绘，贝尔和他的同事能够追踪太阳风和磁场的源头——日冕洞——这有力地表明这些洞是缓慢太阳风的源头。日冕洞与太阳黑子有关，是比周围日冕更冷、密度更小的区域。
令人意想不到的是，当它从飞船旁边飞过时，磁场发生了一系列的翻转。在这些周期中，磁场突然翻转180度，几秒到几小时后，又翻转回来。
“这些转换可能与某种等离子射流有关，”贝尔说。“我自己的感觉是，这些转换，或喷射，是太阳风加热问题的核心。”
彗星尘埃
另一个令人惊讶的是，每次飞越近日点(航天器最接近太阳的轨道点)时，航天器上不断布满灰尘。这些尘埃颗粒可能小于一微米，也就是千分之一毫米，它们很可能是来自小行星或彗星的碎片，它们在太阳附近融化，留下了被困住的尘埃。这些尘埃现在正绕着太阳运行，贝尔怀疑其中很大一部分是撞击宇宙飞船的尘埃在光的压力下向外喷射，注定要完全逃离太阳系。
帕克太阳探测器在太阳周围遇到了大量的尘埃，但船上的仪器检测到在离太阳表面约700万英里处开始变薄，这支持了在太阳附近形成长期理论的无尘区。(图片由NASA Goddard/Scott Wiessinger提供)
贝尔说，研究来自地球的太阳风就像从底部附近研究瀑布的源头，那里的湍流掩盖了在顶部发生的事情。
“现在，有了帕克太阳能探测器，我们离瀑布的顶部越来越近了，我们可以看到瀑布的底层结构，”他说。“在源头，我们看到的是一些与顶部的脉冲射流相一致的东西。你有一个小洞——一个日冕洞——太阳风正从那里平稳地吹出来。但是，在它上面，有喷流。当你到达地球的下游时，一切都混在一起了。”
贝尔将在12月8日于旧金山召开的美国地球物理联盟会议上讨论第一次近距离接触的结果，并将其与随后两次近距离接触的结果进行比较。
贝尔说:“十年来，我们一直在夜以继日地工作，所以看到
5的数据是一种乐趣。”“这是一个延迟满足的大案例，但它是很棒的东西。”
测量电场和磁场的FIELDS仪器，以及大部分的SWEAP(太阳风电子Alphas和质子)仪器都是由NASA资助在加州大学伯克利分校的空间科学实验室建造的。
相关信息
- 赤道日冕洞中出现的高结构慢太阳风(自然)
- 美国国家航空航天局关于帕克太阳探测器的新结果的新闻稿和视频
- 2018年8月6日，探测器坠入炽热的日冕
- 美国宇航局的帕克太阳探测器网站
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