感受双重震撼的NASA任务：从太空中两个点测量太阳耀斑

太阳耀斑是来自太阳剧烈爆发的光线。它源于其自身磁场突然地和剧烈地重组，将磁能转化为光的过程叫做磁重联。至少，理论上推测是这样，因为该过程的特征很难被检测到。但是，在2013年12月的太阳耀斑期间，三个太阳天文台太空望远镜捕捉到了一种电磁现象的全部过程，这种现象被称为电流片，强有力的证据证明之前对太阳耀斑的理解是正确的。

　　

　　 在2013年12月的太阳耀斑期间，三个NASA任务观测到了一种电流片形式――这是一个用来解释是什么引发了太阳耀斑的重要线索。这个动态图展示了太阳耀斑的四个视图，这四个视图来自NASA的太阳动力学天文台（Solar Dynamics Observatory）、NASA的日地关系天文台（Solar and Terrestrial Relations Observatory）和JAXA/NASA的“日出”卫星（Hinode），这允许科学家对太阳耀斑的特征进行前所未有的测量。电流片是一个特别的薄长的结构，左边的视图尤其明显。由于左边的两幅动态图描述的是物质在更高温的情况下发射出的光，所以这两幅动态图更好的展示了极热电流片。

　　 图片提供：NASA/JAXA/SDO/STEREO/Hinode (courtesy Zhu,等)

这些太阳上的爆发会向四面八方发射辐射。最剧烈的太阳耀斑会影响地球大气层（Earth’s atmosphere）的电离部分，即电离层，干扰我们的通信系统，例如广播和GPS，还会破坏机载卫星电子。另外，高能粒子，包括电子、质子和重离子，会被太阳耀斑加速。

不像其他太空气象活动，太阳耀斑以光速传播，这意味着太阳耀斑发生时我们不会得到警报。所以科学家们想确定太阳耀斑的产生过程，然后甚至某一天在我们的通信被太阳耀斑打断之前预报它们。

“电流片的存在对所有的太阳耀斑模型来说都是至关重要的，”James McAteer说，一位拉斯克鲁塞斯（Las Cruces）新墨西哥州立大学（New Mexico State University）的天体物理学家，同时也是一个研究2013年12月太阳耀斑事件的作者，这项研究成果已于2016年3月19日在《天体物理学杂志通讯》（Astrophysical Journal Letters）上发表了。“所以这些观测使我们更加欣慰，因为它们证明我们的模型很好。”

模型越好，越能进行更好的预测，Michael Kirk说，一位马里兰州（Maryland）格林贝尔特（Greenbelt）NASA戈达德太空飞行中心（Goddard Space Flight Center）的太空科学家，他没有参与2013年12月的太阳耀斑研究。“这些互补的观测允许我们在三维空间对磁场重联进行空前的测量，这将有助于改善我们如何建立模型，进而预测太阳耀斑的进化。”

　　 看电流片

　　

　　 电流片形成于空间两个联系紧密的反向磁场之间。这个插图展示了这样的反向磁场是如何能剧烈的重组成一个新的结构，这个过程被称为磁重联。因为电流片和磁重联是如此的紧密相关，所以对2013年12月太阳耀斑过程的观测支持了太阳耀斑是太阳上磁重联的结果这一观点。

　　 图片提供：ESA (European Space Agency)

电流片是带电物质的非常快速、非常平滑的流动，部分定义是因为相比它的长度和宽度，其厚度非常的薄。电流片形成于当两个反向磁场密切联系时，此时产生非常大的磁压强。电流流过这个高压区域时被挤压成一个非常快、非常薄的片。这有点像把你的拇指放在水管口――水，或者在这种情况下的电流，被迫以更快的速度挤出一个小开口。磁场的这个结构不稳定，意味着它有相同的状况，即电流片的产生也需要成熟的磁重联理论来解释。

“磁重联发生在反向磁场的交界面处，”朱春明说，一位新墨西哥州立大学的太空科学家，磁重联研究的首席作者，“磁场被破坏再重联，导致磁能转化为热能和光能，产生太阳耀斑。”

因为电流片和磁重联是如此的紧密相关，所以观测到电流片这一细节，证实了磁重联是太阳耀斑产生的推动力这一观点。

“你必须在正确的时间、正确的角度并且使用正确的仪器才能观测到电流片，”McAteer说，“这些条件很难同时满足。”

这不是科学家第一次在太阳耀斑期间观测到电流片，但是这项研究的独特之处在于对电流片的几项测量，例如速度、温度、密度和尺寸，这些测量都是从多个角度观测或从者多种方法中得到的。

对2013年12月太阳耀斑过程的多方位观测是通过装配在三个太阳观测任务上的大量仪器实现的，这三个任务分别是：NASA太阳动力学天文台（Solar Dynamics Observatory），简称SDO；NASA的日地关系天文台（Solar and Terrestrial Relations Observatory），简称STEREO，该天文台在远日点有一个独一无二的观测角度；“日出”卫星（Hinode），这颗卫星是一个太空机构之间的合作，合作方有日本、美国、英国以及由日本宇宙航空研究开发机构（Aerospace Exploration Agency）领导的欧洲国家。

即使科学家们认为他们已经在太阳数据中发现了一些数据可能是电流片，但是在排除一长串的属性之前他们仍然不能确定。由于这次的电流片被如此好的观测到，所以研究团队才能确定它的温度、密度以及在太阳耀斑期间的尺寸是与电流片相符的。

当科学家们逐步研究出一个更好的图片来展示电流片和磁重联是如何导致太阳爆发时，他们将能够制作出更好的复杂物理产生模型，从而为我们提供更多的视野来了解离我们最近的恒星是如何影响我们周围的空间的。

　　这项研究由美国国家科学基金会（National Science Foundation）颁发给James McAteer 的个人奖金资助。（ 翻译：汪慧 校对：Frank ）

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