太陽(yáng)日冕，也就是太陽(yáng)最熱的外層，溫度超過(guò)一百萬(wàn)開(kāi)爾文，并產(chǎn)生帶電粒子的風(fēng)，每年大約有月球質(zhì)量的百萬(wàn)分之一被拋出。

眾所周知，太陽(yáng)瞬變事件會(huì)導(dǎo)致高能帶電粒子向太空大量噴發(fā)，其中一些會(huì)“轟炸”地球，但因受地球磁場(chǎng)的保護(hù)在兩極產(chǎn)生了極光，偶爾甚至?xí)_亂全球通信。一個(gè)長(zhǎng)期困擾天文學(xué)家的問(wèn)題是：太陽(yáng)是如何產(chǎn)生這些高能粒子的？

太陽(yáng)耀斑或其他類型的脈沖事件被認(rèn)為是關(guān)鍵機(jī)制，熱氣體被電離，并在下面產(chǎn)生一層循環(huán)電流，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)環(huán)路。當(dāng)這些環(huán)路扭曲和斷裂時(shí)，它們可以突然噴射出帶電粒子的脈沖。在太陽(yáng)耀斑的標(biāo)準(zhǔn)圖像中，這種是由大規(guī)模的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，但是能量在哪里釋放，如何釋放，以及粒子是如何加速的，仍然還不確定，因?yàn)檫€沒(méi)有在太陽(yáng)以足夠小的尺寸：

測(cè)量到大尺度電流的磁性，以便與耀斑活動(dòng)的區(qū)域相對(duì)應(yīng)。哈佛史密森天體物理中心天文學(xué)家沈成才（音譯）、凱瑟琳·里夫斯和合作者，新研究報(bào)告了對(duì)太陽(yáng)磁場(chǎng)和耀斑噴射電子活動(dòng)區(qū)域的空間分辨觀測(cè)。研究小組利用歐文斯山谷太陽(yáng)能陣列(EOVSA)的13個(gè)天線陣列及其微波成像技術(shù)，觀測(cè)到了巨大的太陽(yáng)耀斑。隨著太陽(yáng)耀斑事件的進(jìn)行，他們看到了一個(gè)快速上升氣球形狀的黑暗空洞。

與扭曲的磁力線大致沿著場(chǎng)線的軸線上升、破裂和噴射出的電子相對(duì)應(yīng)?？茖W(xué)家們能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)進(jìn)行建模，通過(guò)估計(jì)磁場(chǎng)的強(qiáng)度和等離子體流動(dòng)速度，僅這一次大耀斑就在其峰值幾分鐘內(nèi)釋放出了大約整個(gè)太陽(yáng)能量的0.02%。研究結(jié)果表明，磁場(chǎng)中的這些空間結(jié)構(gòu)，是加速和引導(dǎo)快速移動(dòng)電子進(jìn)入行星際空間的主要位置，并展示了這些新空間分辨率成像技術(shù)的能力。

在太陽(yáng)耀斑的標(biāo)準(zhǔn)模型中，假設(shè)大尺度重聯(lián)電流是驅(qū)動(dòng)耀斑能量釋放和加速粒子的中心引擎。然而，由于缺乏對(duì)電流磁性的測(cè)量，能量釋放和粒子加速在哪里以及如何發(fā)生仍然不清楚。新研究對(duì)太陽(yáng)耀斑中沿電流特征的空間分辨磁場(chǎng)和耀斑加速進(jìn)行相對(duì)論電子測(cè)量。測(cè)量到的磁場(chǎng)分布顯示了一個(gè)局部極大值，在此，極性相反的磁重聯(lián)磁力線彼此非常接近，稱為磁重聯(lián)X點(diǎn)。

測(cè)量還顯示，在耀斑環(huán)頂上方的電流底部附近有一個(gè)局部極小值，稱為“磁瓶”。這種空間結(jié)構(gòu)與理論預(yù)測(cè)和數(shù)值模擬結(jié)果一致。在X點(diǎn)附近有一個(gè)約4000V/m的強(qiáng)重聯(lián)電場(chǎng)。然而，這個(gè)位置顯示了發(fā)射微波的相對(duì)論電子局部耗盡。相反，這些電子集中在磁瓶結(jié)構(gòu)或附近，每個(gè)瞬間都有超過(guò)99%的電子駐留在磁瓶結(jié)構(gòu)中。觀察表明，環(huán)頂磁瓶很可能是加速和限制相對(duì)論電子的主要場(chǎng)所。

博科園｜研究/來(lái)自：哈佛史密森天體物理中心

參考期刊《arXiv》《自然天文》

Cite: arXiv:2005.12757

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