亚利桑那大学团队利用帕克太阳探测器数据研究太阳风加热机制
2026-02-01 10:58
来源:亚利桑那大学
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美国亚利桑那大学领导的研究团队基于美国宇航局帕克太阳探测器的近距离观测数据,对太阳风起源区域的高温气体动态及其变化特征进行了测量分析。这项研究成果发表在《地球物理研究快报》上,有助于深化理解能量与物质在太阳活动主导的日球层空间中的传输过程,这对于预测空间天气事件具有科学意义。

在进行这项研究的测量时,帕克太阳探测器(图中为艺术家绘制的示意图)的飞行速度超过每小时42.7万英里,使其成为历史上速度最快的人造物体。

空间天气事件由太阳活动引发,可能对地球环境与技术系统产生影响。领导该研究的亚利桑那大学月球与行星实验室副教授克里斯托弗·克莱因表示:“作为一个科技不断进步的社会,我们关心的事情之一就是我们受到太阳——我们赖以生存的恒星——的影响。”他举例说明,日冕物质抛射产生的高能粒子会与地球磁场相互作用,可能影响卫星、无线电通信乃至极区航班的辐射环境。“如果我们能够更好地了解太阳大气层中这些高能粒子的运动情况,就能提高我们预测这些来自太阳的爆发将如何在太阳系中传播,并最终撞击地球的能力。”

太阳最外层的大气日冕温度高达数百万度,是太阳风的源头。然而,驱动等离子体从相对低温的太阳表面向外加速并再度被加热的物理机制,仍是太阳物理学中的关键未解之谜。克莱因指出:“我们知道太阳风中不断有热量输入,我们想了解究竟是什么机制导致了这种加热。”帕克太阳探测器于2018年发射,其设计轨道使其能够前所未有地接近太阳,为直接观测这一区域提供了独特机会。

研究团队利用探测器在近日点收集的数据,并结合自主研发的“任意线性等离子体求解器”(ALPS)数值分析代码,对太阳风粒子的速度分布进行了细致研究。这种方法使他们能够超越以往的简化模型,直接基于实测数据分析等离子体中的波动传播及伴随的加热过程。克莱因解释说:“通过这些新的测量和计算,我们正在改写我们对能量如何在太阳外层大气中传递的理解。”

此项研究不仅关乎太阳本身。克莱因表示,对太阳风中能量耗散(阻尼)过程的深入认识,其原理可应用于理解更广泛的天体物理现象。他指出:“如果我们能够了解太阳风中的阻尼现象,那么我们就可以将这种能量耗散的知识应用于星际气体、黑洞周围的吸积盘、中子星和其他天体物理对象等事物。”帕克太阳探测器的持续观测,正为揭开太阳风加热之谜及相关的空间物理过程提供关键数据。

出版详情:标题:内太阳层非麦克斯韦速度分布的离子尺度波发射和吸收,发表于:《地球物理研究快报》(2026)。期刊信息:地球物理研究快报

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