NASA 帕克太阳探测器首次证实太阳磁重联理论，解开 70 年谜团

IT之家 8 月 24 日消息，美国宇航局（NASA）的帕克太阳探测器（Parker Solar Probe，简称 PSP）首次飞越太阳大气中磁重联区域，直接证实了一个科学家们争论了 70 年的理论。这一突破性成果揭示了太阳如何释放出巨大的能量爆发，从而引发太阳耀斑和风暴，这些风暴足以干扰地球上的卫星、电网和通信系统。

由美国西南研究院（Southwest Research Institute，简称 SwRI）领导的团队首次直接证实了长期以来关于磁重联（magnetic reconnection）的理论。磁重联是一种强大的过程，其释放出储存的磁能，从而引发太阳耀斑、日冕物质抛射以及其他太空天气事件。这一突破得益于帕克太阳探测器，它是唯一进入太阳上层大气的航天器。

据IT之家了解，磁重联发生在超热等离子体中的磁场线断裂并重新连接成不同排列时，这种突然的转变会释放出巨大的能量。在太阳上，这一过程会引发爆发，这些爆发可能会波及整个太阳系，并干扰地球上的技术设备，包括卫星、通信和电网。开发出准确的模型来描述太阳上的重联过程，对于预测这些破坏性的太阳风暴至关重要。

“磁重联在不同的空间和时间尺度上运行，从太阳到地球磁层，再到实验室环境和宇宙尺度，”科罗拉多州博尔德市西南研究院太阳系科学与探索部门的研究科学家、新发表在《自然・天文学》杂志上的论文第一作者 Ritesh Patel 博士说，“自 20 世纪 90 年代末以来，我们已经能够通过成像和光谱学在太阳日冕中识别出磁重联。借助于美国宇航局的磁层多尺度（MMS）任务等任务的发射，地球磁层中的原位探测成为可能。然而，类似的太阳日冕研究直到 2018 年帕克太阳探测器发射后才成为可能。”

帕克太阳探测器前所未有地接近太阳，为曾经被认为不可能的发现打开了大门。在 2022 年 9 月 6 日的一次近距离飞越中，该航天器遭遇了一次大规模爆发，并收集了此类事件中等离子体和磁场活动的首批详细图像和测量数据。通过将这些观测结果与欧洲航天局（ESA）太阳轨道飞行器的数据相结合，由西南研究院领导的团队确认帕克太阳探测器首次飞越了太阳大气中的磁重联区域。

“我们已经发展磁重联理论近 70 年了，因此我们对不同参数的行为有一个基本的了解，”Patel 说，“从这次遭遇中收到的测量和观测数据验证了数十年来存在一定程度不确定性的数值模拟模型。这些数据将为未来的模型提供强有力的约束，并为理解帕克太阳探测器在其他时间段和事件中的太阳测量数据提供一条路径。”

由西南研究院领导的美国宇航局 MMS 任务为研究人员提供了在近地环境中发生磁重联的小尺度情况。2022 年的帕克太阳探测器观测结果现在为研究人员提供了连接地球尺度和太阳尺度重联的缺失环节。西南研究院接下来将致力于确定帕克太阳探测器识别出的活跃重联区域中是否存在伴随湍流或磁场波动和波的重联机制。

“正在进行的工作在不同尺度上提供了发现，这使我们能够看到能量是如何转移的，粒子是如何加速的，”Patel 说，“在太阳上理解这些过程有助于更好地预测太阳活动，并提高我们对近地环境的理解。”

帕克太阳探测器是美国宇航局的一项任务，旨在近距离研究太阳，揭示其活动如何塑造地球周围环境。它是美国宇航局“与星共存”计划的一部分，该计划专注于太阳-地球系统及其对日常生活和社会的影响。该计划由马里兰州的美国宇航局戈达德太空飞行中心为华盛顿的美国宇航局科学任务理事会管理。该航天器由约翰・霍普金斯大学应用物理实验室设计和建造，该实验室还负责操作和管理该任务。