利用太陽軌道器航天器首次近距離飛行時收集的數據，科學家們向識別“慢”太陽風的神秘起源又邁進了一步。

太陽風的傳播速度可達每秒數百公里，多年來一直讓科學家們著迷，《自然天文學》雜志發表的新研究終于揭示了它的形成過程。

太陽風描述的是帶電等離子粒子從太陽向太空的連續流出，其中速度超過每秒 500 公里的風被稱為“快速風”，速度低于每秒 500 公里的風被稱為“慢速風”。

當這種風吹到地球大氣層時，就會形成我們所知的北極光，即令人驚嘆的極光。但是，當大量等離子體以日冕物質拋射的形式釋放出來時，也會造成危險，對衛星和通信系統造成嚴重損害。

盡管經過了數十年的觀察，但釋放、加速和運輸太陽風等離子體離開太陽并進入太陽系的來源和機制仍不太清楚，尤其是慢速太陽風。

2020 年，歐洲航天局(ESA) 在宇航局 (NASA) 的支持下啟動了太陽軌道飛行器任務。除了拍攝有史以來距離太陽最近、最詳細的圖像外，該任務的主要目標之一是測量太陽風并將其與太陽表面的起源區域聯系起來。

太陽軌道器被描述為“有史以來發送到太陽的最復雜的科學實驗室”，它上面有十種不同的科學儀器——一些用于在太陽風經過航天器時就地收集和分析太陽風樣本，還有一些遙感儀器用于捕捉太陽表面活動的高質量圖像。

通過結合攝影和儀器數據，科學家首次能夠更清楚地確定慢速太陽風的來源。這有助于他們確定它如何離開太陽并開始進入日光層——圍繞太陽及其行星的巨大氣泡，保護我們的太陽系免受星際輻射。

這項研究的負責人是英國諾森比亞大學的Steph Yardley 博士，他解釋道：“在靠近太陽的航天器上現場測量太陽風的變化，為我們提供了有關其來源的大量信息。盡管過去的研究追蹤了太陽風的起源，但那是在更靠近地球的地方進行的，那時這種變化就消失了。

“由于太陽軌道器距離太陽如此之近，我們可以捕捉到太陽風的復雜性質，從而更清楚地了解它的起源以及這種復雜性是如何受到不同源區變化的影響的。”

人們認為，快速太陽風與慢速太陽風速度之間的差異是由于它們源自太陽日冕(即太陽大氣的最外層)的不同區域造成的。

開放日冕是指磁場線一端固定在太陽上，另一端延伸到太空的區域，為太陽物質逃逸到太空提供了通道。這些區域溫度較低，被認為是快速太陽風的來源。

同時，封閉日冕指的是太陽磁場線閉合的區域——這意味著它們兩端都與太陽表面相連。這些區域可以看作是在磁活躍區域上形成的大而明亮的環。

這些閉合磁環偶爾會斷裂，為太陽物質提供短暫的逃逸機會，就像它們通過開放磁場線逃逸一樣，然后再重新連接并再次形成閉合環。這通常發生在開放和閉合日冕相遇的區域。

太陽軌道器的目標之一是驗證這樣一種理論：慢速太陽風起源于封閉的日冕，并能夠通過磁場線斷裂和重新連接的過程逃逸到太空。

科學團隊驗證這一理論的一種方法是測量太陽風流的“成分”或組成。

太陽物質中所含重離子的組合因其來源不同而不同;較熱的封閉日冕與較冷的開放日冕。

利用太陽軌道器上的儀器，研究小組能夠分析太陽表面發生的活動，然后將其與航天器收集的太陽風流進行匹配。

利用太陽軌道器拍攝的太陽表面圖像，他們能夠精確地定位出慢風流來自開放和閉合日冕相遇的區域，從而證明了慢風能夠通過斷裂和重新連接的過程逃離閉合磁場線的理論。

正如諾森比亞大學太陽和空間物理研究小組的亞德利博士所解釋的那樣：“太陽軌道器測得的太陽風成分變化與日冕中各個源頭的成分變化一致。

“重離子和電子成分的變化提供了強有力的證據，表明這種變化不僅是由不同的源區域驅動的，而且還是由于日冕中閉合環和開環之間發生的重新連接過程造成的。”

歐洲航天局太陽軌道飛行器任務是一項國際合作，來自世界各地的科學家和機構共同努力，貢獻專業技能和設備。

歐空局太陽軌道器項目科學家丹尼爾·穆勒表示：“從一開始，太陽軌道器任務的一個核心目標就是將太陽上的動態事件與其對周圍日球層等離子泡的影響聯系起來。

“為了實現這一目標，我們需要將對太陽的遠程觀測與對流經航天器的太陽風的現場測量結合起來。我為整個團隊成功完成這些復雜的測量感到無比自豪。

“這一結果證實，太陽軌道器能夠建立太陽風與太陽表面的源區之間的可靠聯系。這是該任務的一個關鍵目標，為我們以前所未有的細節研究太陽風的起源開辟了道路。”

太陽軌道器上的儀器包括重離子傳感器 (HIS)，部分由密歇根大學氣候與空間科學與工程系空間物理研究實驗室的研究人員和工程師開發。該傳感器旨在測量太陽風中的重離子，從而可用于確定太陽風的來源。

“太陽的每個區域都有獨特的重離子組合，這決定了太陽風流的化學成分。由于太陽風的化學成分在進入太陽系時保持不變，我們可以利用這些離子作為指紋來確定太陽大氣下部特定太陽風流的來源，”密歇根大學氣候與空間科學與工程教授、重離子傳感器副首席研究員Susan Lepri說道。

太陽風中的電子由電子分析儀系統 (EAS) 測量，該系統由倫敦大學學院的穆拉德空間科學實驗室開發，雅德利博士是該實驗室的名譽研究員。

倫敦大學學院的克里斯托弗·歐文教授表示：“儀器團隊花了十多年的時間設計、建造和準備發射傳感器，并規劃如何以最佳方式協調操作它們。因此，現在看到數據被整合在一起以揭示太陽的哪些區域正在驅動緩慢的太陽風及其變化，我們感到非常欣慰。”

用于測量風速的質子-阿爾法傳感器 (PAS) 是由法國圖盧茲保羅薩巴蒂爾大學天體物理學和行星學研究所設計和開發的。

這些儀器共同構成了 太陽軌道器上的太陽風分析儀傳感器套件，倫敦大學學院的克里斯托弗·歐文教授是該套件的首席研究員。

談到未來的研究計劃，亞德利博士說：“到目前為止，我們只用這種方式分析了太陽軌道器在這個特定時間段的數據。研究使用太陽軌道器的其他案例，并將其與其他近距離任務(如美國宇航局的帕克太陽探測器)的數據集進行比較，將會非常有趣。”

該論文《多源連通性作為日光層太陽風變化的驅動因素》將于 2024 年 5 月 28 日星期二在《自然天文學》上發表。