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太阳活动的新发现(科技大观)

  深入探究太阳活动是现代天文学的重要任务之一。最近,美国于2018年8月发射的帕克太阳探测器传回了来自太阳的新“讯息”,其首批科学结果在近日出版的《自然》杂志公布。

  太阳是一个高温气体球,表面发出明亮的黄光。为了研究方便,一般把太阳分为6层:核反应区、辐射区、对流层、光球层、色球层和日冕。里面3层属于太阳内部结构,外面3层构成了太阳大气。平时人们肉眼看到的太阳表面是光球层,温度约为5500摄氏度;发生日全食时,太阳光球被月球遮住,人们才能看到日冕。日冕由一片稀薄的等离子体组成,厚达几百万千米,温度高达上百万摄氏度。日冕的高温导致一种被称为太阳风的等离子体流不断被抛射到行星际空间。太阳风有快有慢,由日冕膨胀产生的速度慢一些,来自日冕洞的速度更快。为什么日冕温度会这么高?太阳风是如何加速的?这些一直是困扰人们的巨大谜团。

  迄今,帕克太阳探测器三次穿越太阳的外层大气,和太阳进行了有史以来最亲密的“接触”。每一次探测都是在距太阳表面约2400万千米的距离飞行,并对日冕层粒子进行收集、监测。未来几年,它将利用金星的引力进一步靠近太阳。在2024年最接近太阳时,距离仅有600多万千米。尽管这个数字听起来很大,但已比任何航天器离太阳都近得多。对太阳的靠近观察,让帕克太阳探测器获得了很多新发现,也提出了许多新问题。

  首先,关于太阳风,探测器测出其径向速度是每秒300千米到1000千米,超过音速,证实了人们的猜想。在特定地区,探测器发现太阳风围绕太阳旋转的速度为每秒30千米到50千米,远超此前估测,挑战着现有模型。探测器还探测到许多较小的电磁场波动,强度之大表明其可能在加热日冕以及加速太阳风方面起着重要作用。

  其次,探测器发现,太阳耀斑(发生在色球层中一种最剧烈的太阳活动)出现后,在日冕活跃区中被加速的粒子到达的时间比预测的要长,表明太阳和探测器之间的磁场结构比预想的更复杂。探测器上的成像仪器还观测到来自日冕的物质大爆发。研究这些爆发非常重要,因为大型日冕物质抛射撞击地球,会造成很多干扰,例如破坏电网造成断电、GPS信号丢失、无线电短波通信中断以及对航空旅行者和宇航员造成伤害等。

  最后,在每一次飞过近日点的时候,有大量尘埃颗粒不断向探测器袭来。这些尘埃颗粒小于一微米,很可能是小行星或彗星的碎片,它们在太阳附近熔化,留下尘埃。这些尘埃仍围绕太阳旋转。科学家怀疑撞击探测器的大部分尘埃正在受到光压和太阳风的劲吹向外喷射。

  总体而言,这些研究为理解太阳的结构与运动提供了全新的视角。欧洲计划在今年发射太阳轨道探测器。帕克太阳探测器还将在太阳周围至少执行21次近距离探测。随着近距离探测数据不断增加,太阳活动的诸多谜团有望进一步揭开。

  (作者为北京天文馆副编审)