

一方面,太阳提供维系生命的能量和光。另一方面,它喷涌出持续不断的、可能有害的带电粒子流。这些粒子构成了太阳风,其威力不亚于我们恒星的其他产物。如果没有地球磁场的保护,我们的星球表面将不断遭受电离辐射的轰击。
但天文学家们从未完全确定这些粒子来自何处,或它们如何进入行星际空间。现在,他们找到了一个有希望的线索。利用欧洲空间局的“太阳轨道器”号(Solar Orbiter)航天器,研究人员发现了似乎能够将粒子向上引导穿过太阳日冕层中的孔洞并远离恒星的微型喷流。一组天文学家在一篇周四发表在《科学》杂志上的论文中提出,这些喷流可能共同形成了太阳风。
日冕层是恒星的最外层,是一种起伏不定的等离子体鞘。它几乎总是隐藏在可见光中,尽管它比下面的层热数千倍。我们可能只在日全食期间才能看到这一外层,当时月球遮挡了太阳的其他部分。
但日冕层并非均匀一层。用紫外线成像太阳会揭示出移动的黑暗斑块:这些区域的日冕层等离子体温度较低、密度较低。天文学家称这些区域为日冕洞。
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日冕洞似乎也重塑了太阳强大、不断变化的磁场。在这些区域,引导太阳磁场的磁力线似乎向外延伸。德国哥廷根马克斯·普朗克太阳系研究所的天文学家、该论文的作者之一Lakshmi Pradeep Chitta说:“通常,磁力线会回环到太阳表面,但在这些开放磁场区域,磁力线会延伸到行星际空间。”
此外,在日冕洞内部,太阳的磁力线会缠绕自身。当这种情况发生时,磁场会重新排列并重新连接,从而产生剧烈的电流浪涌。这些能量爆发会将太阳更深层的物质虹吸上来,并将它们以可以延伸数百英里的喷流形式抛出去。天文学家长期以来一直怀疑这些喷流会驱动太阳风,但不知道这些喷流是否能提供足够的粒子来形成我们观测到的太阳风。
自20世纪90年代以来,像“阳和”号(Yohkoh)和“SOHO”号(SOHO)这样的太阳观测航天器已经能够看到喷流。但天文学家表示,没有一个能像2020年发射的“太阳轨道器”号那样具备观测能力。在其最近距离时,“太阳轨道器”号比水星更靠近太阳。

美国海军研究实验室的天文学家、该论文的非作者Yi-Ming Wang说:“‘太阳轨道器’号的优势在于它靠近太阳,因此能够探测到更小、更微弱的喷流。”
2022年3月,Chitta和他的同事将“太阳轨道器”号的一台紫外相机对准了太阳南极附近的一个日冕洞。当他们这样做时,他们瞥见了人类以前从未见过的一种微型喷流。每股微型喷流的能量大约是一个完整喷流的万亿分之一。作者们根据国际单位制前缀,将这些喷流称为“皮焦耳喷流”(picoflare jets)。
这些听起来很可爱的浪涌不会持续太久。每一次短暂的皮焦耳喷流只持续大约一分钟。但这里仍然是太阳——一个能量巨大的地方。一个太阳皮焦耳喷流可能产生的能量足以让一个小城市运行一年。
作者们只搜查了太阳的一小部分,但他们在所看的每一个角落都看到了皮焦耳喷流。它们很可能覆盖了太阳表面的大部分区域。因此,无数微型喷流可能结合成一种大规模过程,将带电粒子从恒星输送到行星。
Chitta说:“我们认为这些微小的皮焦耳喷流实际上是维持太阳风的主要质量和能量来源。”
过去,许多天文学家认为太阳风是一种稳定流,以恒定速率从太阳喷出。但如果涌动的皮焦耳喷流驱动太阳风,那么这种现象实际上可能是不规则的、不均匀的,并且不断变化的。皮焦耳喷流可能不是太阳风的唯一来源,但如果Chitta及其同事的说法是正确的,它们至少是重要的贡献者。
幸运的是,几年之内,科学家们将有更多工具来观测太阳。除了“太阳轨道器”号——以及未来的太阳观测航天器,如日本牵头的“SOLAR-C”号(SOLAR-C)——他们还将拥有更强大的太阳磁场仪,这些仪器允许他们直接测量来自南加州和毛伊岛等地太阳的磁场,并且能够从地球直接追踪驱动太阳喷流的磁场波动。