是什么驱动着太阳最强大的太阳耀斑？NASA 开创性的任务——帕克太阳探测器 (Parker Solar Probe)，在绕日飞行六年之后，已经找到了这个长期存在的谜团的答案。
多年来，科学家们一直在发展关于“磁重联”过程的理论，这是太阳耀斑、日冕物质抛射和其他从太阳爆发的风暴的催化剂。
一项发表在《自然·天文学》上的新研究，终于证实了这些理论模型是正确的，这都归功于帕克太阳探测器对太阳磁场的采样。它在 2022 年 9 月的近距离飞掠，经过了一次巨大的太阳爆发，从这次绝佳机会收集到的数据，如今让研究人员有机会理解太阳的爆发。
太阳耀斑的火花
磁重联的核心是等离子体，这是一种电离气体，是构成宇宙中已知物质 99% 的“第四种物质状态”。所有的恒星——包括太阳——基本上都是等离子体球，因此它们的爆发活动在很大程度上是由磁重联驱动的。
磁重联发生在等离子体中的磁场线断裂并重新连接形成新磁场线的过程中，将储存的磁能转化为热能和动能。其结果是，带电粒子加速并释放出能量爆发，形成太阳耀斑或日冕物质抛射。
过去，关于磁重联的研究主要依赖于对日冕的成像。最近，科学家们在地球的磁层中观察到了这个过程在较小尺度上的发生，甚至在实验室中进行了重现。
“重联发生在不同的时空尺度上，在从太阳到地球磁层，再到实验室设置和宇宙尺度的空间等离子体中，”该研究的首席作者、西南研究所的科学家 Ritesh Patel 在一份声明中说。
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近距离接触太阳
直到 2018 年帕克太阳探测器 (PSP) 发射升空，科学家们才能近距离研究磁重联和其他关键的太阳特性。PSP 经过特殊设计，可以飞入太阳外层日冕，在那里收集太阳风和强磁场的数据。
PSP 于 2022 年 9 月 6 日进行的第 13 次近距离（“近日点”）飞掠，观测到了一次爆发，这让它有机会检查磁重联背后的力量。这是太阳等离子体和磁场特性首次被详细成像和采样。
参与这项新研究的研究团队结合使用了成像和现场诊断技术，以及欧洲空间局的太阳轨道器 (Solar Orbiter) 的其他观测数据，证实了 PSP 飞掠过了一个正在发生太阳重联的区域。
完成太阳拼图
磁重联此前曾通过 NASA 于 2015 年发射的“磁层多尺度任务”(Magnetosphere Multiscale Mission) 在地球磁层中被观测到。然而，PSP 在 2022 年的飞掠终于让研究人员能够理解太阳规模的磁重联是如何进行比较的，这支持了多年的理论推测。
“我们花了近 70 年的时间来发展磁重联理论，所以我们对不同参数的行为有一个基本的了解，”Patel 在声明中说。
凭借对太阳大气中磁重联的新认识，研究人员计划检查 PSP 识别出的其他正在发生重联活动的太阳区域。
对太阳的进一步观测还将帮助研究人员了解能量是如何释放的，以及粒子是如何被加速的，这可能有助于更可靠地预测那些经常影响地球大气的太阳天气事件。
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文章来源
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- 《自然·天文学》。日冕爆发相关磁重联的直接原位观测
- 《地球与空间科学进展》。空间科学中的磁重联：过去、现在和未来
- NASA。帕克太阳探测器
