科研动态 | 空间中心科研人员基于27年观测揭示太阳风磁力线回转的主导机制

点击“国家空间科学中心”关注我们吧

太阳风中存在一种被称为磁力线回转（switchback）的奇特磁场结构，表现为磁力线的突然、大幅度偏转，在太阳风中形成“S”型的扭曲结构。广泛存在的磁力线回转结构对太阳风的能量传输和动力学演化具有重要影响，但其起源机制长期存在争议：究竟是由太阳表面的局地爆发事件（如日冕喷流、交换磁重联）“生成”后抛出，还是在太阳风传播过程中由自身动力学“孕育”而成？此前，中国科学院国家空间科学中心（以下简称“空间中心”）太阳活动与空间天气重点实验室李晖研究员等基于风（WIND）卫星约20年数据发现，磁力线回转与行星际大振幅阿尔芬波紧密关联，支持了“局地产生”的图景（Li et al., 2025）。

为在更宏大的时间尺度上检验争议，空间中心王赤院士团队的李晖研究员、戴凡倬博士等人，创新性地整合了高级成分探测器（ACE）、风（WIND）、日地关系观测台（STEREO）等多颗卫星跨越27年（涵盖两个完整太阳活动周期）的连续观测数据，并结合太阳动力学天文台（SDO）的遥感影像，开展了迄今最长周期的统计分析，对主流的太阳表面起源假说形成了明确约束：1）磁力线回转的发生率并未在太阳活动极大年显著增加，与太阳黑子数几乎无关。这直接挑战了太阳表面起源假说的一个核心预测，即该过程在活动高峰期应产生更多此类结构；2）日冕喷流（以日冕亮斑为示踪）对磁力线回转只有间接影响。分析显示，喷流主要通过调制太阳风速度来间接起作用，而非直接产生大量磁力线回转；3）多卫星观测呈现高度一致性。不论是统计还是个例分析的角度，不同空间位置的卫星都观测到相似的磁力线折回发生率变化图像，这共同指向了一个在时间和空间上相对稳定的太阳风内部过程主导了磁力线回转的演变，而非偶发、多变的太阳表面活动。

图1. 太阳风磁力线折回发生率与太阳活动、阿尔芬波纯度的关系

图2. 太阳风磁力线折回与日冕增亮事件无明显正相关关系

图3. 不同空间位置的卫星都观测到相似的磁力线折回发生率变化：（a）统计分析；（b-g）个例分析

这项长期统计研究首次在太阳活动周期尺度上，为磁力线回转的起源之争提供了强有力的观测证据。其结果支持“太阳风局地过程主导”的图像，并将太阳表面事件的作用约束为可能的“种子”提供者或间接调制者，而非主要来源。这为深入理解太阳风湍流演化和磁场能量传输提供了关键新线索。未来，结合更靠近太阳的探测器数据，将有望最终揭示这类奇特磁场结构从太阳表面到行星际空间的完整生命史。本论文发表在本领域学术期刊Astronomy & Astrophysics上。

相关论文：

Dai, F. Z., Li, H.*, Jiang, W. C., Zhang, M. H., Li, H. Y., & Wang, C. (2026). Linking long-term switchback variability at 1 au to solar-surface mechanisms: A 27-year statistical study. Astronomy & Astrophysics, 708, A273, doi:10.1051/0004-6361/202558826, https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2026/04/aa58826-25.pdf

Dai, F. Z., Li, H.*, Jiang, W. C., Zhang, M. H., Li, H. Y., & Wang, C. (2026). Linking long-term switchback variability at 1 au to solar-surface mechanisms: A 27-year statistical study. Astronomy & Astrophysics, 708, A273, doi:10.1051/0004-6361/202558826, https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2026/04/aa58826-25.pdf

欢迎关注我们，转载授权、投稿事宜请
在文后留言，小编会尽快处理