臺北市立天文科學教育館

德國馬克斯·普朗克太陽系研究所Max Planck Institute for Solar System Research（MPS）的研究團隊利用美國氣象衛星GOES的觀測數據，為解開秘密的太陽邁出了重要的一步：我們的恆星如何發射太陽風粒子飛向太空？這些數據提供了獨特的視角觀察太陽的日冕，也是至今讓研究人員難以調查的關鍵區域。該團隊這回首次捕捉到細長網狀結構的動態電漿網絡。加上來自其他太空探測器的數據和電腦計算的模擬，出現一幅清晰的影像：在細長的日冕結構網交互作用之下，磁能釋放粒子射向太空。

自1974年以來，美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）的地球同步運行環境衛星（GOES）長期在大約36,000 公里的高度圍繞地球運行，並不斷回傳與地球相關的數據，例如天氣和風暴預報。這些年以來，也擴充了更多的衛星。 現有三個新衛星加入，其身上配備了以紫外線觀測太陽日冕的儀器，用於太空天氣的預報。

2018年8月和9月期間展開了一項探索性的研究計畫，對正在發生的日冕進行觀測。一個多月以來，GOES 的太陽紫外線成像儀（SUVI）不僅像往常一樣正面觀測太陽，而且還拍攝了側面的影像，也包含了太陽動力學天文台（Solar Dynamics Observatory, SDO）與太陽和日磁層探測衛星 （Solar and Heliospheric Observatory, SOHO）的觀測資料，以獲得不同視角所組合出來的日冕影像。

太陽風是我們恆星顯著的特徵之一。太陽向太空拋出的帶電粒子流可一路傳到太陽系的邊緣，表示了太陽風影響的範圍。根據速度，可分為快速和慢速太陽風。快速太陽風每秒可超過500公里，源頭來自於日冕洞的內部，這些區域在紫外線的波段顯得暗淡。不過，慢速太陽風的來源區域不太確定。但即使是緩慢的太陽風粒子，也能有每秒300到500公里的超音速。

在GOES的觀測數據中，位於赤道附近有個區域引起了研究人員的興趣：兩個日冕洞，太陽風從強磁場的區域順勢離開太陽。這個交互作用的環境被認為是慢速太陽風的可能起點。在該位置的上方，GOES數據顯示日冕中段區域，其細長電漿體結構的方向。研究團隊將這種現象稱為日冕網coronal web，並首次直接目睹網狀結構正不斷地運動：動態的交互作用和重組。

研究人員早就知道外側日冕的太陽電漿也有類似的結構。25年來，SOHO探測器上的日冕儀LASCO長期提供該區域的可見光圖像。科學家們將外側日冕中的噴射狀氣流解釋為慢速太陽風的結構，從那裡進到太空。這回令人印象深刻的新研究成果表示，這種結構在日冕中段處也很活躍。

為了能更深入地瞭解這一現象，研究人員還分析了來自其他探測器的觀測數據：NASA的太陽動力學天文台，和2006年以來在地球繞太陽軌道運行的STEREO-A探測器（從側面觀測太陽），再結合現在電腦資料計算，研究人員使用超級電腦，為日冕這其中難以捉摸的磁場構建逼真的3D模型。在這項研究中，該團隊使用高等磁流體力學（advanced magnetohydrodynamic, MHD）模型，來模擬該時間範圍內，日冕的磁場和電漿狀態。執行模擬的Cooper Downs博士說：「這幫助我們把中段日冕所觀察到的動力學，與太陽風形成理論串接起來。」預計從現在到未來的太陽任務中，科學家將獲得對太陽更深入、更詳細的觀點。（編譯/潘康嫻）

圖一：2018年8月17日的太陽大氣層，中間區域的日冕磁場結構之電腦計算模擬結果。圖中顯示的噴射狀特徵是來自觀測日冕網底部的磁結構。靠近太陽端的日冕主要為封閉式磁力線，並連至日冕外側的開放式磁力線。

圖二：2018年8月17日由GOES儀器SUVI和SOHO日冕儀LASCO拍攝所拼接的影像。在白色圓圈之外，LASCO的影像顯示慢速的太陽風，直接與日冕中段處的日冕網相接（白色圓圈內）。慢速太陽風從長絲交互作用的日冕網射向太空。

資料來源： MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT & 期刊論文