NASA帕克太阳探测器证实太阳磁重联理论

美国宇航局(NASA)的帕克太阳探测器(Parker Solar Probe)首次飞越太阳大气中磁重联区域,直接证实了科学家们争论70年的理论。这一成果揭示了太阳如何释放巨大能量爆发,引发太阳耀斑和风暴,这些风暴可干扰地球上的卫星、电网和通信系统。

由美国西南研究院(SwRI)领导的团队首次直接证实了关于磁重联的理论。磁重联是一种释放储存磁能的过程,可引发太阳耀斑、日冕物质抛射及其他太空天气事件。这一突破得益于帕克太阳探测器,它是唯一进入太阳上层大气的航天器。

磁重联发生在超热等离子体中的磁场线断裂并重新连接成不同排列时,这种突然的转变会释放出巨大能量。在太阳上,这一过程会引发爆发,这些爆发可能波及整个太阳系,并干扰地球上的技术设备,包括卫星、通信和电网。开发出准确模型来描述太阳上的重联过程,对于预测破坏性太阳风暴至关重要。

Ritesh Patel博士指出,磁重联在不同空间和时间尺度上运行,从太阳到地球磁层,再到实验室环境和宇宙尺度。自20世纪90年代末以来,研究人员已能通过成像和光谱学在太阳日冕中识别磁重联。地球磁层中的原位探测也因磁层多尺度任务的发射成为可能。然而,类似太阳日冕研究直到2018年帕克太阳探测器发射后才成为可能。

帕克太阳探测器前所未有地接近太阳,为曾经被认为不可能的发现打开了大门。在2022年9月6日的一次近距离飞越中,该航天器遭遇大规模爆发,并收集了此类事件中等离子体和磁场活动的首批详细图像和测量数据。结合欧洲航天局太阳轨道飞行器数据,由SwRI领导的团队确认帕克太阳探测器首次飞越了太阳大气中的磁重联区域。

Patel表示,磁重联理论已发展近70年,研究者对不同参数的行为已有基本了解。从这次遭遇中获得的测量和观测数据验证了存在数十年不确定性数值模拟模型。这些数据将为未来模型提供强有力约束,并为理解帕克太阳探测器在其他时间段和事件中的太阳测量数据提供路径。

由SwRI领导的NASA MMS任务提供了近地环境中磁重联小尺度情况的研究。2022年帕克太阳探测器观测结果提供了连接地球尺度和太阳尺度重联的缺失环节。SwRI接下来将确定帕克太阳探测器识别出的活跃重联区域中是否存在伴随湍流或磁场波动和波的重联机制。

Patel表示,正在进行的工作在不同尺度上提供了发现,这使研究人员能够看到能量如何转移、粒子如何加速。在太阳上理解这些过程有助于更好预测太阳活动,并提高对近地环境的理解。

帕克太阳探测器是NASA的一项任务,旨在近距离研究太阳,揭示其活动如何塑造地球周围环境。它是NASA“与星共存”计划的一部分,该计划专注于太阳-地球系统及其对日常生活和社会的影响。该计划由马里兰州NASA戈达德太空飞行中心为华盛顿NASA科学任务理事会管理。航天器由约翰・霍普金斯大学应用物理实验室设计和建造,该实验室还负责操作和管理该任务。

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