小太阳结构的新观点使NASA能够前所未有地探索太阳风

科学家对太阳的高分辨率图像进行了图像处理，以揭示太阳结构中称为太阳羽的独特“羽状体”。全盘太阳和插图图像的左侧是由NASA的太阳动力学天文台在极紫外光的波长下捕获的，并进行了处理以减少噪音。插图的右侧经过了进一步处理，以增强图像中的细微特征，从而以清晰的细节揭示出羽状物的边缘。这些羽状物可以帮助科学家了解太阳风如何以及为什么形成干扰。

科学家们将NASA数据和尖端的图像处理技术相结合，从而获得了对构成太阳高速太阳风流动的太阳结构的新见解，该研究今天（2021年1月19日）在《天体物理学杂志》上发表了新研究。首先看看相对较小的特征，称为“小碎片”，可以帮助科学家了解在太阳风中如何以及为什么形成干扰。

太阳的磁影响力延伸数十亿英里，远远超过冥王星和行星的轨道，而行星的动力是由太阳风来决定的。不断不断流出的太阳能将太阳磁场带入太空，在太空中形成地球，其他世界以及深空范围内的环境。太阳风的变化会产生空间天气影响，不仅影响行星，还会影响整个太阳系中的人类和机器人探索者。这项工作表明，靠近太阳表面的相对较小的，以前未开发的特征可能起着至关重要的作用。在太阳风的特征上。

美国天主教大学和美国宇航局戈达德太空飞行中心的太阳能科学家瓦迪姆·乌里茨基（Vadim Uritsky）说：“这表明了太阳上的小规模结构和过程对于理解大规模太阳风和太空天气系统的重要性。”领导了这项研究。

像所有的太阳能材料一样，它们都是由一种叫做等离子体的电离气体组成的，太阳风是由磁力控制的。而且太阳大气中的磁力特别复杂：不断变化的磁场闭合环和延伸到太阳系中的开放磁场线贯穿太阳表面。

艺术家的太阳动力学天文台（SDO）的概念。

沿着这些开放的磁场线，太阳风从太阳逃逸到太空。太阳上开放磁场的区域会产生日冕孔，密度相对较低，在太阳的某些紫外线视野中会以深色斑点的形式出现。通常，嵌在这些日冕孔中的是太阳能材料的间歇泉，这些间歇泉从太阳向外连续流出几天，称为羽状流。这些太阳羽在太阳的极端紫外线下显得明亮，使它们很容易被诸如NASA的太阳动力天文台卫星和其他航天器和仪器之类的天文台所看到。作为开放磁场中特别密集的太阳能材料区域，羽流在产生高速太阳风中起着重要作用-这意味着它们的属性可以塑造太阳风本身的特性。

乌里茨基和合作者使用来自NASA太阳动力学天文台（SDO）的高分辨率观测结果以及为此工作开发的图像处理技术，发现这些羽流实际上是由更细的材料线组成的，他们称之为羽流。在SDO的图像中，整个羽流延伸了约70,000英里，每根羽流的宽度只有几千英里，范围从最小的约2,300英里到观察到的最宽的羽的宽度约4,500英里。

尽管早期的工作暗示了太阳羽状流中的结构，但这是科学家们首次观察到聚焦的羽状流。用于处理图像的技术减少了太阳图像中的“噪点”，从而产生了更清晰的视图，可以清楚地看到羽状羽及其细微的变化。

他们的工作集中在2016年7月2-3日观察到的太阳羽状流上，结果表明，羽状流的亮度几乎完全来自单个羽状流，而结构之间没有太多额外的起毛。这表明羽流不仅是较大羽流系统中的一个功能，而且是构成羽流的构建基块。

该研究的作者之一，美国宇航局戈达德分校太阳物理科学部空间天气实验室主任朱迪·卡彭说：“人们已经看到羽毛内部和底部的结构已有一段时间了。”“但是我们发现，羽状流本身是由这些密集而流动的羽状流捆扎而成的，这与我们以前的羽状流图像截然不同。”

他们还发现，羽状流是缓慢运动的，每个羽状流都是自己振动的-这表明这些结构的小规模行为除了集体的，大规模的行为外，还可能是造成太阳风破坏的主要驱动力。

搜索羽状签名

产生太阳风的过程通常会在太阳风本身中留下特征-风速，成分，温度和磁场的变化可以提供有关太阳潜在物理原理的线索。太阳羽也可能留下这样的指纹，从而揭示出它们在太阳风创造过程中的确切作用，尽管寻找和解释它们可能是其自身的复杂挑战。

NASA的帕克太阳探测器是一个重要的数据来源，它比其他任何航天器都更靠近太阳飞行-任务结束时到达太阳表面的距离接近400万英里-捕获了对太阳的高分辨率测量结果。太阳风每隔几个月摆动一次。它的观测距离太阳更近，比之前的任务更详尽，可以揭示羽状信号。

在2018年11月的首次太阳掠过期间，NASA的Parker Solar Probe观测到了转弯现象，即太阳风磁场的突然逆转，如下图所示。新近观察到的太阳羽状流可能会产生与折返类似的特征。

实际上，Parker Solar Probe的早期发现和出乎意料的发现之一可能与羽状流有关。在2018年11月的首次太阳掠过期间，Parker Solar Probe观察到太阳风的磁场方向突然反转，被称为“折返”。转折的原因和确切性质仍然是科学家的一个谜，但是像羽状病毒这样的小规模结构可能会产生类似的特征。

在太阳风本身中寻找羽状流的特征还取决于这些指纹在远离太阳的过程中如何生存-或者它们是否会在从太阳到太空中几百万英里的地方被弄脏。

要评估该问题，将取决于远程观测站，例如ESA和NASA的太阳轨道器，它们已经拍摄了有史以来最接近的太阳图像，包括太阳表面的详细视图，这些图像只会随着航天器越来越靠近太阳表面而改善。太阳。美国国家航空航天局即将进行的PUNCH任务-由羽状研究的作者之一克雷格·德福雷斯特（Craig DeForest）领导-将研究太阳的大气如何转变为太阳风，也可以为这个问题提供答案。

乌里茨基说：“庞克将直接观察太阳的大气如何转变为太阳风。”“这将帮助我们了解羽状体在它们远离太阳传播时是否能够生存-如果它们实际上可以注入太阳风中。”

参考：“小羽：太阳冠羽中的动态丝状结构”，作者：V。M. Uritsky，C.E。DeForest，J.T。Karpen，C.R.DeVore，P.Kumar，N.E。Raouafi和P.F. Wyper，2021年1月19日，天体物理学杂志。DOI：
10.3847 / 1538-4357 / abd186