人造天体首次触碰太阳大气

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  2021年4月底,美国太空总署的帕克太阳探测器穿过了太阳的上层日冕,它不仅通过了高温考验,证明了帕克的高科技隔热装置的功效,还进行了大量现场测量,提供前所未见的资料,而触碰太阳更是一项了不起的壮举。

  帕克太阳探测器于2018年发射,在计划的七年任务中,它将对太阳进行总共26次近距离飞掠,四月的近日点是第八个,也是第一次真正进入日冕的上层,而本次的近日点则为首次进入太阳的日冕层里将近5个小时。帕克测量了太阳磁场的波动及粒子采样分析,在过去我们只能利用外部的间接资料来推断。

日冕流光
▲上图中可见的明亮特征是日冕流光,通常只能在日食期间从地球上看见,这些是八月时第九次近日点拍摄到的。

  太阳没有固态的表面,它的边界被称为艾尔文临界面(Alfvén critical surface),这里的重力及太阳磁场太弱,无法容纳太阳电浆体,而在此「面」之外则有太阳风,我们常描述的太阳「表面」是由旋转的对流细胞和电浆组成,又可被称为光球层,距离此处还很遥远。

  帕克的目标之一是了解更多关于艾尔文临界面的资讯,据先前的估计,艾尔文临界面应位于距中心10至20个太阳半径的某个位置,帕克以19.7个太阳半径进入日冕,在这过程中还深入到18.4个太阳半径处,在此过程中,探测器偶尔会遇到日冕的磁场状况,这也显示艾尔文临界面是有褶皱的。在较低的深度,帕克还会遇见一种被称为伪流光的磁性结构,就是在日食期间见到的从太阳射出的电弧。从帕克的资料显示,这些结构正是艾尔文临界面形变的原因,但详细的条件仍尚待厘清。

  在伪流光内部,环境比周围的太阳大气安静许多,粒子对飞船的撞击不再那么混乱,磁场也变得更有序。此外,帕克还研究一种太阳能转换的现象,是太阳风磁场中的z形扭结,自90年代以来,我们就已经知道「折返现象」(switchback),但直到2019年帕克的数据告诉我们这相当普遍,前面几次的飞掠中,探测器已经侦测到了多次的「折返现象」,现在帕克在太阳大气层内也能探测到这些现象,这显示有一些扭结来自于较低层的日冕。

  几十年来,科学家一直在观察太阳及其日冕,尽管知道该处应该有许多有趣的物理现象来加热或加速太阳风,但仍然无法确切地描述此过程,随着帕克太阳探测器多次的深入,我们将获得期待已久、神秘区域内部的科学资料,本研究发表于《物理评论快报》上。(编译/台北天文馆技佐许晋翊)

资料来源:Science Alert

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