2017年底在現(xiàn)有太陽(yáng)黑子旁邊的太陽(yáng)表面爆發(fā)了一個(gè)巨大新磁場(chǎng)區(qū)域，磁能的強(qiáng)烈碰撞產(chǎn)生了一系列強(qiáng)有力太陽(yáng)耀斑，在地球上造成了動(dòng)蕩的太空天氣條件。這是新澤西理工學(xué)院現(xiàn)在開放的擴(kuò)展歐文斯谷太陽(yáng)能陣列(EOVSA)射電望遠(yuǎn)鏡，捕獲到的第一批每時(shí)每刻耀斑。

在《科學(xué)》期刊上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，記錄這些圖像的太陽(yáng)能科學(xué)家，有史以來第一次準(zhǔn)確地確定了爆炸釋放的能量，將噴出的等離子體加熱到10億攝氏度。

通過在微波光譜中收集的數(shù)據(jù)，已經(jīng)能夠提供耀斑點(diǎn)火后直接演變的磁場(chǎng)強(qiáng)度定量測(cè)量，并跟蹤其轉(zhuǎn)化為其他能量形式的情況（動(dòng)能、熱能和超熱）為耀斑爆炸通過日冕的5分鐘行程提供動(dòng)力。到目前為止，在耀斑或其他大規(guī)模噴發(fā)期間，日冕磁場(chǎng)的這些變化只是間接量化，例如根據(jù)在光球處測(cè)量的磁場(chǎng)外推，光球處的磁場(chǎng)是在白光中看到的太陽(yáng)表層。

這些外推不能在足夠短的時(shí)間內(nèi)，精確測(cè)量位置和時(shí)間尺度上磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)局部變化，從而無法表征耀斑的能量釋放。新澤西理工學(xué)院日地研究中心的著名物理學(xué)研究教授、論文作者格雷戈里·弗萊什曼(Gregory Fleishman)說：我們已經(jīng)能夠精確定位日冕中磁能釋放的最關(guān)鍵位置，這是第一批捕捉到耀斑微物理的圖像，在小空間和時(shí)間尺度上發(fā)生的詳細(xì)過程鏈，使能量轉(zhuǎn)換成為可能。通過測(cè)量該區(qū)域磁場(chǎng)能量的衰減和電場(chǎng)的同時(shí)強(qiáng)度，研究人員能夠證明：

這兩者符合能量守恒定律，因此能夠量化驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)耀斑的粒子加速度，包括相關(guān)的噴發(fā)和等離子體加熱。這些基本過程與發(fā)生在最強(qiáng)大天體物理源中的過程相同（包括伽馬射線爆發(fā)），也與基礎(chǔ)研究和實(shí)際聚變能量實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的過程相同。由于13個(gè)天線協(xié)同工作，EOVSA可以在一秒鐘內(nèi)拍攝1-18 GHz范圍內(nèi)數(shù)百個(gè)頻率的照片，包括光學(xué)、紫外線、X射線和無線電波長(zhǎng)。這種觀察耀斑機(jī)制的增強(qiáng)能力，為研究我們太陽(yáng)系中最強(qiáng)大噴發(fā)開辟了新的途徑。

這些噴發(fā)是由太陽(yáng)表面磁力線的重新連接點(diǎn)燃，并由日冕中儲(chǔ)存的能量提供動(dòng)力。新澤西理工學(xué)院著名物理學(xué)教授、EOVSA主任、該論文的合著者戴爾·加里(Dale Gary)指出：微波發(fā)射是唯一對(duì)日冕磁場(chǎng)環(huán)境敏感的機(jī)制，所以獨(dú)特、高頻率EOVSA微波光譜觀測(cè)是能夠發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)快速變化的關(guān)鍵。這種測(cè)量之所以可能，是因?yàn)樵谌彰岽艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)的高能電子主要在微波范圍內(nèi)發(fā)射磁敏輻射。在EOVSA觀測(cè)之前，無法看到高能粒子在其中加速的廣闊太空區(qū)域。

然后可以通過耀斑噴發(fā)驅(qū)動(dòng)的強(qiáng)大沖擊波進(jìn)一步加速，如果耀斑噴發(fā)指向地球，可能會(huì)摧毀航天器并危及宇航員。耀斑加速的粒子與沖擊波加速粒子之間的聯(lián)系，是我們理解哪些事件是良性的，哪些是構(gòu)成嚴(yán)重威脅的重要一環(huán)。在擴(kuò)大后的陣列開始運(yùn)行僅兩年多后，它就自動(dòng)生成太陽(yáng)的微波圖像，并將其日常提供給科學(xué)界。隨著太陽(yáng)活動(dòng)在11年的太陽(yáng)周期中增加，它們將被用來提供第一張每日日冕磁力圖，即太陽(yáng)表面上方1500英里處的磁場(chǎng)強(qiáng)度圖。

博科園｜研究/來自：新澤西理工學(xué)院

參考期刊《科學(xué)》

DOI: 10.1126/science.aax6874

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