科学家们通过高能粒子追踪到太阳等离子体

这些发现能够帮助研究人员预测危险的太空天气。

对太阳的特写描绘了太阳表面活动和日冕层

（图片来源：像素博士/盖蒂图片社）

科学家们可能已经发现高能粒子轰击地球和其它从诸如太阳大气一类的恶劣环境中出现的物体的方式和时间。

这些高能粒子给精细的人造卫星科技和宇航员带来了风险，甚至会影响飞过北极圈的飞行器。尽管研究人员已经研究这些例子数十年，清晰了解可能会出现突发事件时的模式并在可能发生时危险预报仍是个难题。

在最新的研究中，科学家根据超级电脑的模拟，识别出太阳外层大气作为高能粒子源的等离子体。

“这个激动人心的新研究将使我们更好的预知太阳能量粒子的起源并改进预报太空天气事件的模型，这是宇航局和全球其它太空局和政府的关键目标。”哥伦比亚大学研究员、该研究的合著者卢卡·科米索（Luca Comisso）在一份声明中说道。

太阳的外层大气——日冕层——由等离子体构成，这意味着剧烈的条件剥离了原子的电子。

太阳科学家认为，高能粒子产生于这个剥离原子（离子）的高度动荡的海洋中。

然而这很难研究，因为等离子体运动不规则且不可预测，因此高能粒子如何以及何时产生一直是一个谜。

同样来自哥伦比亚的科米索（Comisso）和洛伦佐·希罗尼（Lorenzo Sironi）使用宇航局的超级计算机完善了模拟，哥伦比亚和国家能源研究科学计算中心的超级计算机模拟了太阳等离子体中电子和离子的精确运动。这为日冕创造了一个很好的代理，提供了迄今为止关于高能粒子何时以及如何在该地区形成的最详尽的数据。

模拟表明，日冕中的磁场可以将电子和离子加速到接近光速，并将其发射到太空中。

该研究有助于解决自1949年以来科学家们思考的问题，当时恩里科·费米（Enrico Fermi）首次开始研究太空中的磁场，将它作为观测到的高能粒子轰击地球大气层的来源。费米的工作使物理学家认为，太阳的等离子体可能处于这些粒子背后，而其他粒子则从深空向地球投射。但证明这一假设一直具有挑战性。

科米索说，虽然该团队的结果是基于模拟，但航天局的帕克太阳探测器可以帮助进一步验证这项研究。

自2018年航天器发射以来，帕克太阳探测器一直在观测我们的恒星。其任务的一部分是研究太阳的湍流外层大气。这意味着帕克太阳探测器可以直接观察产生于日冕中的高能粒子分布。

新工作的成果也具有超越太阳系的影响。所有恒星主要由等离子体组成，这意味着天文学家看到的绝大多数物质都处于这种物质状态（而非气体，液体或固体）。 更好地了解等离子体如何加速粒子不仅可以解释在太阳和其他恒星周围所见的高能粒子，还有在其他宇宙物体周围的高能粒子，如中子星和黑洞。

这为未来我们看待遥远的恒星、黑洞和中子星如何产生它们自己的高能电子打开了一扇新的大门。

“我们的研究结果以太阳为中心，但同时也可以看作是对位于遥远黑洞附近的恒星如何产生高能粒子的更好的理解。”科米索说。

“我们只能通过超级计算机的模拟中了解到有关这些粒子如何产生于宇宙中的一些皮毛。”

此团队的研究已公布在9月13日的《天体物理学快报》上。

相关知识

中子星（英语：neutron star），是恒星演化到末期，经由引力坍缩发生超新星爆炸之后，可能成为的少数终点之一。恒星在核心的氢、氦、碳等元素于核聚变反应中耗尽，并最终转变成铁元素后，便无法再从聚变反应中获得能量。失去热辐射压力支撑的外围物质受重力牵引会急速向核心坠落，有可能导致外壳的动能转化为热能向外爆发产生超新星爆炸，或者根据恒星质量的不同，恒星内部区域被压缩成白矮星、中子星或黑洞。

BY:Robert Lea

FY:人间工作区

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来源: 天文在线