臺北市立天文科學教育館

太陽風是一股從太陽向外推送的電漿流，當它到達地球附近的時候平均速度為每秒400公里，此時的速度為「超音速」，即超過電漿體當地的特徵速度。然而，當電漿體自太陽表面脫離時的速率並不到超音速，而是在被向外推送的過程中被加速到超音速。自1960年代以來，天文學家一直在研究超音速太陽風，究竟它們在離開太陽後是如何被加速並獲得能量？

最近，得益於美國太空總署（NASA）和歐洲太空總署（ESA）的兩顆研究太陽的衛星在太空中的巧合排列，天文學家可能找到了答案。研究結果顯示，超音速太陽風是由太陽周圍磁場的反向彎曲或大規模扭結所驅動的。研究成果發表於《科學》期刊上（Rivera et al. 2024）。

圖說：這張藝術想像圖展示了太陽磁場中的反向彎曲或大規模的扭結現象。Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab/Adriana Manrique Gutierrez

NASA的帕克太陽探測器 (Parker Solar Probe）於2021年成為首個進入太陽大氣層的探測器。開始觀測任務後，帕克太陽探測器發現磁場反向彎曲現象在超音速太陽風中非常普遍。科學家根據理論推測，這可能是超音速太陽風在離開太陽後獲得能量的來源。然而，缺乏實驗證據來證明這一現象是否實際上釋放了足夠的能量，對太陽風產生重要影響。為了解答這個問題，研究團隊使用了兩個不同的太空探測器。帕克太陽探測器專為穿越太陽大氣層而設計，而ESA和NASA合作的太陽軌道載具（Solar Orbiter）則在較遠的距離測量太陽風。這次觀測得益於2022年2月的一次巧合排列，使帕克太陽探測器和太陽軌道載具能夠在兩天內測量到相同的太陽風。當時，太陽軌道載具幾乎位於前往太陽的半途，而帕克太陽探測器則在太陽大氣層的邊緣徘徊。

帕克太陽探測器在靠近太陽周圍的區域，約13.3倍太陽半徑的地方，觀測到了速度較慢但充滿磁場反向彎曲現象的慢速太陽風，而太陽軌道載具則在127.7倍太陽半徑的地方記錄到了一股已經受熱且幾乎沒有磁場反向彎曲現象的超音速太陽風。將這兩者的觀測結果聯繫起來後，研究團隊完整地記錄了慢速太陽風如何被加速成為超音速太陽風。之前，無法測量這一現象，直到這兩個任務的探測器完美配合，並在相同時間進行觀測。

圖說：這張藝術想像圖展示了帕克太陽探測器(Parker Solar Probe）在太陽周圍的位置。Credit: NASA/Johns Hopkins APL/Ben Smith

圖說：這張藝術想像圖展示了太陽軌道載具（Solar Orbiter）在太陽周圍的位置。Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

這一發現是不但解答了存在了近50年的超音速太陽風問題，也幫助科學家更好地預測太陽活動和太空天氣，還有助於我們理解其他恆星周圍的環境，例如在那裡的系外行星會受到怎樣的恆星風影響。（編譯 / 段皓元）

資料來源：NASA