凝视太阳——来自太空的特写图像改写了太阳科学 研究人员从未如此详细地观察过我们最近的恒星。

新闻特写 2023年10月25日 凝视太阳——来自太空的特写图像改写了太阳科学 研究人员从未如此详细地观察过我们最近的恒星。 亚历山德拉·维茨

在2022年9月过热气体的大爆发之前，相对较冷的等离子体的蛇形扰动在太阳上波动。鸣谢:欧空局& NASA/太阳轨道飞行器/EUI团队；鸣谢:弗雷德里克·奥谢尔，国际会计准则

去年8月，孙开始发脾气。它的脸上出现了一簇簇黑斑，标志着磁场缠绕和扭曲其表面的区域。到9月初，一些太阳黑子已经旋转到太阳的远侧，并释放出巨大的过热气体。这次巨大的爆发向外蔓延，吞没了在附近轨道运行的价值15亿美元的宇宙飞船。 那艘飞船，美国宇航局的帕克太阳探测器，仍然完好无损，甚至能够在太阳风暴冲刷它时进行前所未有的测量。在附近，第二艘宇宙飞船——欧洲航天局的太阳轨道飞行器——目睹了整个戏剧的展开。太空任务从未在如此靠近太阳的地方看到如此多的活动。

这些探测器在过去几年中的这一时刻和类似时刻所发现的，正在改写科学家对太阳的许多认识。在一前一后的工作中，航天器观察到了大规模的太阳爆发，太阳表面滑动的磁性“蛇”，热量和能量缓慢地穿过太阳的大气层。科罗拉多州博尔德市西南研究所的太阳物理学家丹·西顿说:“我们正生活在这个领域的一个范式转变的时刻。 这是一个让这些航天器如此靠近太阳的幸运时刻，因为这颗恒星正朝着其11年活动周期的顶峰飞奔。当前的太阳周期已经比上一个太阳周期更强；2023年6月，太阳表面出现了163个太阳黑子，这是二十多年来最多的一次。八月还带来了几个X级耀斑，可能是最大的类型。马萨诸塞州剑桥市哈佛史密森天体物理中心(CfA)的太阳物理学家凯瑟琳·里维斯说:“如果我们还没有达到最大值，我们肯定已经接近了。”

强大的风暴

太阳风暴可以发送高能粒子波冲刷地球，在那里它们可以中断通信和破坏电网，即使它们在两极形成美丽的发光极光。2022年2月，航空航天公司SpaceX失去了49颗新发射的通信卫星中的38颗，当时太阳风暴导致地球大气层密度增加，对卫星产生了额外的阻力，并将它们拉出轨道1。

  为了更好地了解太阳的活动并预测它对地球的影响，研究人员多年来建造了各种各样的太阳天文台。许多人已经在地球轨道上，而其他人已经站在地球和太阳之间或在那条线上，以更好地了解什么样的风暴可能即将到来。例如，印度的阿迪蒂亚-L1太阳天文台于9月发射，将前往太阳和地球之间的一个点，在那里它将加入两个20世纪90年代的任务，监测地球上的太阳风暴。

但直到2018年发射的帕克太阳探测器和2020年发射的太阳轨道飞行器，人类才开始近距离观察地球的母星。里夫斯说，这两项任务是独立构思的，携带不同类型的仪器，但它们合作得很好。帕克太阳探测器正处于一个循环轨道上，随着时间的推移，它越来越靠近太阳，使它能够掠过太阳大气层，并在比任何航天器都更近的距离内测量粒子和磁场。太阳轨道飞行器在更遥远的轨道上飞行，但它有高分辨率的相机，可以揭示明亮的太阳耀斑，微小的等离子体射流和其他太阳细节。

太阳轨道飞行器在2022年2月15日捕捉到了一次巨大的太阳爆发。鸣谢:太阳轨道飞行器/EUI团队/欧空局和美国航天局

偶尔，他们的操作员会协调这些工艺，使其协调工作。例如，任务经理意识到飞船将在2022年6月处于一个特别有趣的位置。“我们认为，好吧，这值得要求一个特定的迷你活动，并要求工程师滚动航天器，因为只有这样我们才能让帕克太阳探测器进入我们的视野，”位于荷兰诺德魏克的欧洲航天局太阳轨道器项目科学家丹尼尔·米勒说。于是太阳轨道飞行器滚到了一边，两个航天器都进行了观测，科学家们最终首次测量出太阳表面到大气层的温度上升有多快。

正是每个航天器上仪器的组合——以及它们在太阳附近不同位置时出现的独特几何形状——使得这项新科学得以实施。许多研究人员对利用这两项任务追踪太阳爆发的早期阶段特别感兴趣。当太阳大气中扭曲的磁场突然转变成不同的结构时，就会发生这种情况。磁能的重组经常会导致过热气体爆发到太空中。如果这些日冕物质抛射到达地球，它们会引起地磁风暴，从而损坏卫星和电网。 另一个联合观测的机会出现在2021年4月，当时太阳轨道器在向帕克太阳探测器前进时捕捉到了来自太阳远侧的物质爆发。几个小时内，一波带电粒子吞没了美国宇航局的航天器。它所做的测量让科学家们能够以前所未有的细节追踪火山爆发，阐明这些爆发是如何开始和演变的。CfA的天体物理学家Tatiana Niembro和她的团队在8月3日报告了这些结果。太阳轨道器能够识别太阳爆发的特定区域，帕克太阳探测器在爆发席卷航天器之前拍摄了日冕物质抛射的照片——这是这种类型的首次测量。 对太阳物理学家来说，更令人兴奋的是2022年9月的太阳爆发——有记录以来最快、最活跃的太阳爆发之一。它从太阳的远侧出现，以每秒2700公里的速度喷射出物质。如果它撞上地球，可能会引发一场接近有史以来最强大的地磁风暴，即1859年的卡林顿事件，该事件导致低纬度地区出现极光，电报设备出现故障。

蛇和绳子

在2022年9月5日爆发的准备阶段，一条巨大的等离子体太阳蛇出现在太阳轨道器的图像中，在太阳的大部分区域扭动着。这个结构本质上是一条比周围温度低的气体绳，沿着太阳磁场细丝的轮廓。 科学家认为这种磁绳与日冕物质抛射有关，因为它们经常在爆发前出现。但是太阳轨道飞行器能够确定这种联系。它展示了在火山爆发前的几个小时里，这条绳子是如何形成和移动的，以每秒170公里的速度滑动。伦敦大学学院的太阳物理学家露西·格林说:“这真是太棒了。”。“我们以前从未捕捉到这样的东西。”

几个小时后，这条蛇的发源地爆发了巨大的爆炸，将数十亿吨过热气体送入太空。这几乎直接撞上了帕克太阳探测器。工程师们已经建造了能够承受这种喷发的宇宙飞船，但直到帕克能够向地球发送一个“一切正常”的信号之前的几天，这仍然是一个令人焦虑的问题。 从那以后，科学家们一直在分析这次喷发的观测结果，这是有史以来最快的一次。“这一事件的细节之多、复杂程度之高以及暴力程度之大——我们以前从未见过，令人印象深刻，”位于马里兰州劳雷尔的约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的太阳物理学家、帕克太阳探测器首席研究员努尔·拉沃菲说。 除此之外，探测器还观察到等离子体扫除了尘埃粒子——这些信息可以帮助空间天气预报员了解影响地球途中太阳爆发的力量。从航天器的测量中，研究人员还发现，在两天的时间里，喷发分三个阶段进行，每个阶段都有自己的混合带电粒子和磁场行为7。其中两个阶段以前在其他日冕物质抛射中见过，但第三个阶段——以航天器上的低密度等离子体清洗为标志——不同于以前观察到的任何情况。

夏威夷毛伊岛上的丹尼尔k井上太阳望远镜。鸣谢:国家太阳天文台(NSO)，AURA，NSF

还有第三个新的太阳测量来源，它刚刚开始产生结果。在夏威夷的毛伊岛上坐落着4米长的丹尼尔k井上太阳望远镜，它是世界上最大的太阳望远镜。它于2020年投入运营，但仍在解决技术问题，并经常离线进行工程工作。博尔德国家太阳天文台的高级科学家亚历山德拉·特里茨勒说，只要有可能，井上望远镜就会在帕克太阳探测器经过太阳附近的同时进行观测。 去年，作为概念的证明，研究人员安排了时间表，以便太阳轨道器研究太阳上的一个活跃区域，同时该区域进入井上望远镜的视野。米勒说，数据仍在分析中，但团队希望在未来重复联合观察。 太阳能研究人员预计，未来几年将会有大量的发现。太阳轨道飞行器预计将继续运行至少7年，其轨道逐渐变得更倾向于太阳轨道，因此它更多地俯视太阳的两极而不是赤道。与此同时，2024年12月，帕克太阳探测器将最接近太阳大气层。在那之后，如果美国宇航局决定继续资助这项任务，宇宙飞船可能会继续深入太阳。 “这是独一无二的，”格林谈到这两项任务的结合时说。“我们可能再也不会有这样的水平了。” 自然622，684-685 (2023)doi:https://doi.org/10.1038/d41586-023-03301-1