太阳风形成机制新解：Proba-3探测到日冕微观波动

这一直是天文学家和太阳科学家们长久以来的梦想。一项新的任务为太阳研究者们提供了强大的新工具：可以随时触发的全日食现象。欧洲航天局于 2024 年发射的 Proba-3 任务，证明了在太空中使用自由飞行式日冕仪的可行性。

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内容

该任务依靠两艘协同工作的航天器来完成：其中一艘名为“遮光器”，其作用是直接遮挡太阳光线；另一艘则名为“日冕仪”，负责观测日食现象以及太阳日冕。

这两艘航天器沿着高度椭圆的轨道绕地球运行，周期为 19.7 小时。在该任务的观测过程中，最佳时机是在航天器到达远地点时—此时它距离地球 60,530 公里，远高于地球同步轨道的高度。

△位于地球上的洁净室内的 Proba-3 日冕仪和遮光装置。

这项任务的轨道规划及技术挑战极为艰巨：在观测阶段，两艘航天器必须保持 150 米的间距，并以亚毫米级的精度来维持这一距离。

为了消除地球大气层带来的干扰，确保观测的连续性，必须使用基于太空的长基线日冕仪来进行观测。

迄今为止，欧空局的研究人员通过 57 次人工模拟日食，获得了总计 250 小时的高分辨率太阳日冕视频。

作为参考，地球上日全食的持续时间最长为 7.5 分钟。而 Proba-3 所获取的视频时长则是这一数值的 2000 倍。Proba-3 的任务期限本应在 2026 年 12 月结束，但实际上它的任务将持续更久。

△2024 年 4 月 8 日全日食期间所观测到的日全食现象以及太阳日冕。

该任务配备了三种主要仪器。

数字绝对辐射计（DARA）安装在遮光航天器上，用于测量随时间变化的太阳能量输出。

3D 高能电子能谱仪（3DEES）则用于在任务过程中测量地球范艾伦辐射带的能量和电子运动方向。

用于观测太阳日冕的主要仪器是 ASPIICS（用于对太阳日冕进行偏振和成像观测的空间探测器联盟）。ASPIICS 能够观测到距离太阳“表面”或耀眼的光球层仅 70,000 公里以内的区域，这一距离相当于太阳半径的 1/10。ASPIICS 每分钟能拍摄两张图像。

Proba-3 的任务是解开空间天气的起源和演化过程中的种种谜团。日冕物质抛射是如何形成的？是什么力量让太阳风的速度超过 2,000 公里每秒？

又为何日冕的温度会高于光球表面—这一现象被称为“日冕加热之谜”，其温度高达数百万摄氏度？

△关于 Proba-3 的观测数据与科学成果的图文介绍

其他航天器，比如欧空局/美国宇航局联合开发的太阳日球层观测台（SOHO）、位于地球同步轨道上的 NOAA GOES-19 卫星上的紧凑型日冕仪（CCOR-1），以及印度的 Aditya-L1 卫星，也都配备了日冕仪。

不过，没有哪一艘航天器能像 Proba-3 那样，能够探测到太阳附近、空间天气现象产生的那个区域。具体而言，Proba-3 将我们对日冕的观测范围从 3 个太阳半径缩小到了 1.1 个太阳半径。

Proba-3 的初步观测结果已经让研究人员感到惊讶。与地球上的风类似，太阳风也有快有慢：有时以高速流动，有时则呈缓慢波动状。

高速太阳风似乎是从日冕孔中喷出的，而“低速”太阳风则较难研究，据认为其成因是磁重联现象。

在 Proba-3 的观测图像中，低速太阳风呈现为明亮的流光或射线。不过，所谓的“低速”太阳风在实际观测中，其在日冕中的移动速度往往比预期要快：约为 250 至 500 公里/秒，而理论值仅为 100 公里/秒。

▲Proba-3 所记录的、呈蜿蜒曲折状的缓慢太阳风。

而 Proba-3 的任务才刚刚开始，研究人员们仍在持续分析该任务所收集的数据。Proba-3 任务所提供的科学数据，对于理解与预测空间天气及其对现代科技社会的影响至关重要。这有助于我们更好地应对那颗充满变数的恒星所带来的挑战。

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