最近一次近距离飞越太阳的结果显示，从太阳喷发出的高能粒子可能比以前认为的更多样、数量更多，这些粒子会扰乱空间通信。
来自太阳的最大威胁之一——对宇航员和提供GPS地图、手机服务和互联网接入的卫星——是太阳喷发出的高能粒子。最高:2018年11月17日,第321天的那一年,是ʘ观察一阵高能质子,每超过100万电子伏的能量。温暖的颜色(黄色、橙色、红色)代表的数量的增加这些高能粒子撞击ʘ传感器。下图:艺术家对这些高能粒子事件的表现。
这些新发现有助于我们了解太阳的活动，并最终可能为太阳风暴提供早期预警。它们来自NASA的帕克太阳探测器(Parker solar Probe)上的四套仪器之一。这四组研究的结果今天发表在《自然》杂志的一组文章中。
发现这些高能粒子事件更加多元化和无数比先前已知的发现之一的工具套件被称为太阳的综合科学调查(是ʘ),普林斯顿大学领导的一个项目,涉及多个机构以及美国宇航局。
“这项研究的一个主要里程碑的人类的侦察近环境,”大卫·麦科马斯说的首席研究员ʘ工具套件,普林斯顿大学天体物理学教授科学和普林斯顿等离子体物理实验室的副总统。“它提供了第一次直接观测到的高能粒子环境的区域，就在太阳的上层大气，日冕。
“看到这些观察结果是一个持续的‘发现时刻’，”McComas说。“每当我们收到来自宇宙飞船的新数据，我们就见证了一些以前没人见过的事情。这已经是最好的结果了!”
是ʘ试图找出粒子变得如此快速移动,是什么推动他们加快。科学家们寻找这些答案包括ʘ是团队成员在加州理工学院(Caltech),约翰霍普金斯大学应用物理实验室(APL),美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心,美国宇航局喷气推进实验室,新罕布什尔大学,西南研究所,特拉华大学和亚利桑那大学,以及合作者在加州大学伯克利分校,伦敦帝国理工学院、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。
高能粒子可以干扰通信和全球定位系统(GPS)卫星。这些主要由质子组成的粒子流有两个来源。第一种是来自太阳系外，当爆炸的恒星释放出被称为宇宙射线的粒子流时产生。另一个是我们的太阳。这两种物质都能破坏航天器的电气系统，而且都是能损害宇航员健康的辐射形式。
这些高能粒子的飞行速度比太阳风要快得多，太阳风是一种大约每小时百万英里的热带电气体流，它把太阳吹走。如果太阳风是一条溪流，那么这些充满能量的粒子就是跃出水面并在水流前面跳跃的鱼。这些粒子沿着称为磁通量管的路径移动，磁通量管从日冕延伸到太阳风。
在帕克太阳探测器的前两个轨道,是ʘ发现许多小高能粒子事件,太阳爆发期间,太阳的粒子涌出率迅速增加。是ʘ,Epi-Lo仪器测量粒子在数以万计的电子伏,尽管Epi-Hi措施粒子与数百万数亿电子伏。(你家里的电压是120伏。)这里,数据从轨道1(左)和2(右)显示是ʘ粒子计数率覆盖颜色条沿黑线代表的轨迹帕克太阳探测器。较低的能量(“低”)率在轨道内侧，而较高的能量(“高”)率在轨道外侧。无论是大小还是颜色都与测量的速率相一致，例如，当太阳在短时间内释放出最多的粒子时，大红色条表示最大的爆发。
了解这些粒子可以改善太空天气预报，并对可能破坏地球通讯和太空旅行的大风暴发出预警。
“关于高能粒子是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(Ralph McNutt)说。“这些粒子影响着我们在地球上的活动，也影响着我们把宇航员送上太空的能力。我们的使命将创造历史。”
由于其速度、粒子作为一个空间天气预警信号,杰米说Szalay助理研究学者在美国普林斯顿大学天体物理科学数据可视化的努力是ʘ。“这些粒子移动得很快，所以如果一场大的太阳风暴即将来临，这些粒子就是第一个指标。”
以前大多数关于太阳能量粒子的研究都依赖于位于太空中的探测器，这些探测器距离太阳的距离和地球的距离差不多——9300万英里。当粒子到达这些探测器时，很难追踪它们来自哪里，因为来自不同来源的粒子相互作用并混合在一起。
“这有点像汽车从拥挤的隧道和桥梁里出来，扩散到州际公路上，”McComas说。“它们移动得越来越快，但它们也混合在一起，以一种无法分辨谁来自哪里的方式相互作用，因为你离辐射源越来越远。”
上图显示了日冕物质抛射(CME)的示意图，在日冕物质抛射过程中，像密歇根湖一样大的物质从太阳中喷射出来。这些可以对宇航员和空间卫星构成危害,但ʘ科学家发现微小的高能粒子喷射前的质量,提供预警传入的威胁。底部面板显示质子通量检测到是ʘEPI-Lo(上)和磁场测量(底部)的一个观察芝加哥商品交易所。这些高能粒子到达帕克太阳探测器的时间比喷发的质量早了将近一天。
在第一次绕太阳飞行时，帕克太阳探测器的飞行距离是以往任何航天器的两倍。在它最接近火海的时候，它距离火海表面有1400万英里，也就是35个太阳半径，也就是17.5个太阳的宽度。
接近太阳对于解开这些粒子是如何形成和获得高能量,Eric基督徒,说副首席研究员是ʘ资深研究科学家和美国宇航局戈达德。“这就像试图通过研究山的底部来衡量山中正在发生的事情。要想知道发生了什么，你必须去有行动的地方:你必须去山上。”
研究人员的一个潜在担忧是，太阳11年活动周期目前处于低谷。但低活动量是一个优势。
“事实上,太阳很安静让我们分析非常孤立的事件,”内森Schwadron说,物理学和天文学教授是ʘ科学操作中心的负责人在新罕布什尔大学。“这些事件在更远的地方是看不到的，因为它们只是受到了太阳风活动的重创。”
在两个轨道,ʘ观察到几个有趣的现象。一个是爆发的高能粒子活动，与日冕物质抛射同时发生，日冕中的带电和磁化粒子猛烈喷发。喷射前,检测到ʘ是相对较低的高能粒子,而弹射后高高能粒子的形成。这些事件很小，在地球轨道上无法探测到。
另一个观察是ʘ太阳风粒子活动表明存在着一种交通阻塞,而当太阳风突然减慢,导致快速移动的太阳风背后堆积,形成一个压缩区域的粒子。这种积累,天体物理学家称之为co-rotating互动区域,发生超出地球轨道和太阳高能粒子发送回他们被ʘ是观察到的地方。
研究人员渴望了解太阳将粒子加速到高速的机制。ʘ是检测每个粒子的身份——不论是氢、氦、碳、氧、铁或另一个元素,将有助于研究人员进一步探讨这个问题。
在Epi-Lo上，80个微型望远镜正从80个不同的方向观测，其中一个在帕克太阳探测器最接近太阳时被尘埃颗粒刺穿。紫色箭头表示尘埃颗粒的大致到达方向，底部面板显示第二次轨道碰撞发生的位置。
“有两种加速机制,一个发生在太阳耀斑磁场重新连接时,和另一个发生在你得到冲击和太阳风的按压,但如何使粒子加速的细节不是很清楚,”Mark Wiedenbeck表示,美国宇航局喷气推进实验室的首席科学家,负责能源仪表的发展是ʘ套件。“粒子的组成是告诉我们加速机制的关键诊断。”
太阳是ʘ第三刷的9月1日,2020年1月29日,并将next。随着任务的继续，这颗卫星将总共运行24次轨道，每次都离太阳表面更近，直到距离太阳大约5个太阳宽度。研究人员希望未来的近距离飞行能够揭示高能粒子的来源。它们是否从“种子粒子”开始，然后获得更高的能量?
普林斯顿大学的博士后研究员杰米•苏Rankin在麦科马斯集团工作,开始在更高的能量是ʘ仪器为加州理工学院的研究生。
Rankin说:“在过去的十年里，看到整个过程的发展是很美妙的。”“这就像冲浪一样:我们建造了这些仪器，确保它们工作正常，进行了调整，确保校准正确——现在到了激动人心的部分，回答了我们着手解决的问题。”
“对于任何宇宙飞船，当你进入太空时，你认为你知道会发生什么，但总会有奇妙的惊喜以最好的方式使我们的生活复杂化，”她说。“这就是我们一直在做的事情。”
研究”,探索高能粒子环境太阳附近,“由D.J.麦科马斯E.R.基督教C.M.S.科恩,交流卡明斯,A.J.戴维斯M.I.德赛,j . Giacalone卷山C.J.乔伊斯,克里克里米吉斯,托拉布拉多,R.A. Leske, o . Malandraki W.H. Matthaeus, R.L.绘制Jr .) R.A. Mewaldt, D.G.米切尔,a·波斯纳J.S.二兰金。鲁洛夫•,n.a Schwadron,提到过石头,Jr Szalay卷Wiedenbeck J.C. Kasper,托中,贝尔,时任动向Korreck, R.J. MacDowall, m . Pulupa史蒂文斯(M.L. Stevens)和鲁亚尔(A.P. Rouillard)发表在12月5日的《自然》(Nature)杂志上，12月4日在网上发布(作者:10.1038/s41586-019-1811-1)。这项工作是NASA合同NNN06AA01C下帕克太阳探测器任务的一部分。
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