天文学家找到了危险的高能粒子在阳光下的来源

2012年8月31日，日冕物质抛射物（CME）爆发进入太空。此处显示的是从太阳动力天文台获取的171和304埃波长的混合版本。注意：地球并非如此靠近太阳，此图像仅用于缩放目的。

UCL和美国弗吉尼亚州乔治·梅森大学的研究人员首次发现了太阳在其外部大气层的暴风雨中高速释放的潜在有害太阳粒子的来源。

这些粒子带高电，如果它们到达地球的大气层，可能会破坏卫星和电子基础设施，并对宇航员和飞机上的人造成辐射风险。1859年，在所谓的卡灵顿事件中，一场大太阳风暴导致整个欧洲和美国的电报系统出现故障。在现代世界如此依赖电子基础设施的情况下，潜在的危害更大。

为了最大程度地减少这种危险，科学家正在寻求了解这些粒子流是如何产生的，以便他们可以更好地预测它们何时会影响地球。

在发表在科学进展上的这项新研究中，研究人员分析了朝向地球的太阳高能粒子的组成，发现它们的指纹与位于太阳电晕低处，靠近太阳大气中部的等离子体具有相同的指纹，色球层。

合著者Stephanie Yardley博士（MSSL加州大学马勒德分校太空科学实验室）说：“在我们的研究中，我们首次观察到太阳高能粒子确切地来自太阳。我们的证据支持这样的理论，即这些带高电荷的粒子源自被强磁场压低在太阳大气中的等离子体。这些高能粒子一旦释放，便会以每秒几千公里的速度爆发而加速。

“高能粒子可以在几分钟到几小时内非常快地到达地球，这些事件持续几天。目前，我们只能在事件发生时对其进行预测，因为要在事件发生之前进行预测具有很高的挑战性。通过更好地了解太阳的过程，我们可以改善预报，以便在发生重大太阳风暴时，我们有时间采取行动降低风险。”

主要作者戴维·布鲁克斯博士（乔治·梅森大学和UCL MSSL名誉副教授）说：“我们的观察提供了一个诱人的瞥见，即在上一次太阳周期发生的一些事件中，产生太阳高能粒子的材料来自何处。现在，我们开始一个新的太阳周期，一旦开始，我们将使用相同的技术来查看我们的结果通常是否正确，或者这些事件是否异常。

“我们很幸运，由于得益于正在从两个航天器（ESA的太阳轨道器和NASA帕克太阳探测器）获得的数据，我们对太阳风暴和太阳高能粒子背后的机理的理解可能会在未来几年内迅速发展。比以前任何航天器都更靠近太阳。”

在这项研究中，研究人员使用了位于太阳与地球之间的NASA风能卫星的测量数据，分析了一系列太阳能粒子流，每条粒子流至少持续一天（2014年1月）。他们将此与来自JAXA领导的Hinode航天器的光谱数据进行了比较。（飞船上的EUV成像光谱仪是由UCL MSSL制造的，布鲁克斯博士是该任务的日本行动小组的成员。）

他们发现，由Wind卫星测量的太阳高能粒子具有与被限制在接近太阳色球层顶部的等离子体相同的化学特征（与硫相比，硅含量高）。这些位置位于日冕热循环的“脚点”，也就是说，位于磁场和等离子循环的底部，一直延伸到太阳的外部大气中，然后又返回。

该团队使用一种新技术测量了这些脚点处的日冕磁场强度，发现它在245至550高斯范围内非常高，从而证实了通过强磁场将等离子体保持在太阳大气中的理论提前释放到太空。

太阳高能粒子从太阳中释放出来，并通过太阳耀斑（大爆炸）或日冕物质抛射（等离子和磁场的巨大云团抛射）而加速。每个11年的太阳周期大约发生100次太阳高能粒子事件，尽管这个数字随周期的变化而变化。

最新发现支持以下观点，即某些太阳高能粒子的来源不同于慢速太阳风（其起源尚有争议），因为它们被限制在特定条件下，位于源区核心的热冠状环中。太阳不断发出更快的太阳风。它与地球大气层的相遇会产生北极光。

2014年1月释放的高能粒子来自太阳的动荡区域，该区域经常发生太阳耀斑和CME，并且磁场非常强。该地区被称为11944，是当时太阳上最大的活跃区域之一，地球上的观察者可以看到它作为黑子-太阳表面上的暗点*。

NOAA / NWS太空天气预报中心当时发出了强烈的辐射暴雨警报，但是虽然日能飞船上的计算机系统本身记录到了几次粒子撞击，但太阳高能粒子事件并没有造成地球大气层的任何破坏。 。

在此时间段后不久，在另一项研究中对11944区域内的磁场强度进行了测量，这是太阳记录的最高强度8.2kG之一。

参考：David H. Brooks和Stephanie L. Yardley的“来自超级活跃区域11944的主要太阳能粒子事件的来源”，科学进展，2021年3月3日。DOI：
10.1126 / sciadv.abf0068