太陽日冕，也就是太陽最熱的外層，溫度超過一百萬開爾文，并產(chǎn)生帶電粒子的風，每年大約有月球質(zhì)量的百萬分之一被拋出。眾所周知，太陽瞬變事件會導致高能帶電粒子向太空大量噴發(fā)，其中一些會“轟炸”地球，但因受地球磁場的保護在兩極產(chǎn)生了極光，偶爾甚至會擾亂全球通信。一個長期困擾天文學家的問題是：太陽是如何產(chǎn)生這些高能粒子的？

太陽耀斑或其他類型的脈沖事件被認為是關(guān)鍵機制，熱氣體被電離，并在下面產(chǎn)生一層循環(huán)電流，從而產(chǎn)生強大的磁場環(huán)路。當這些環(huán)路扭曲和斷裂時，它們可以突然噴射出帶電粒子的脈沖。在太陽耀斑的標準圖像中，這種是由大規(guī)模的運動驅(qū)動，但是能量在哪里釋放，如何釋放，以及粒子是如何加速的，仍然還不確定，因為還沒有在太陽以足夠小的尺寸：

測量到大尺度電流的磁性，以便與耀斑活動的區(qū)域相對應。哈佛史密森天體物理中心天文學家沈成才（音譯）、凱瑟琳·里夫斯和合作者，新研究報告了對太陽磁場和耀斑噴射電子活動區(qū)域的空間分辨觀測。研究小組利用歐文斯山谷太陽能陣列(EOVSA)的13個天線陣列及其微波成像技術(shù)，觀測到了巨大的太陽耀斑。隨著太陽耀斑事件的進行，他們看到了一個快速上升氣球形狀的黑暗空洞。

與扭曲的磁力線大致沿著場線的軸線上升、破裂和噴射出的電子相對應。科學家們能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的細節(jié)進行建模，通過估計磁場的強度和等離子體流動速度，僅這一次大耀斑就在其峰值幾分鐘內(nèi)釋放出了大約整個太陽能量的0.02%。研究結(jié)果表明，磁場中的這些空間結(jié)構(gòu)，是加速和引導快速移動電子進入行星際空間的主要位置，并展示了這些新空間分辨率成像技術(shù)的能力。

在太陽耀斑的標準模型中，假設大尺度重聯(lián)電流是驅(qū)動耀斑能量釋放和加速粒子的中心引擎。然而，由于缺乏對電流磁性的測量，能量釋放和粒子加速在哪里以及如何發(fā)生仍然不清楚。新研究對太陽耀斑中沿電流特征的空間分辨磁場和耀斑加速進行相對論電子測量。測量到的磁場分布顯示了一個局部極大值，在此，極性相反的磁重聯(lián)磁力線彼此非常接近，稱為磁重聯(lián)X點。

測量還顯示，在耀斑環(huán)頂上方的電流底部附近有一個局部極小值，稱為“磁瓶”。這種空間結(jié)構(gòu)與理論預測和數(shù)值模擬結(jié)果一致。在X點附近有一個約4000V/m的強重聯(lián)電場。然而，這個位置顯示了發(fā)射微波的相對論電子局部耗盡。相反，這些電子集中在磁瓶結(jié)構(gòu)或附近，每個瞬間都有超過99%的電子駐留在磁瓶結(jié)構(gòu)中。觀察表明，環(huán)頂磁瓶很可能是加速和限制相對論電子的主要場所。

博科園｜研究/來自：哈佛史密森天體物理中心

參考期刊《arXiv》《自然天文》

Cite: arXiv:2005.12757

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