多艘航天器讲述一场巨大太阳风暴的故事

黄俊琼

（）据美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心（凡妮莎·托马斯）：2021年4月17日，这一天和太阳上的其他日子一样，直到一道灿烂的闪光爆发，一团巨大的太阳物质从我们的恒星上滚滚而去。这种来自太阳的爆发并不罕见，但这次爆发的范围异常广泛，以接近光速的速度喷出高速质子和电子，并撞击了太阳系内部的几艘航天器。

事实上，这是航天器首次在太阳和地球之间五个不同的、间隔良好的位置以及绕火星运行的航天器上观测到这种高速质子和电子，称为太阳能粒子（SEP）。现在，这些对太阳风暴的不同观点揭示了不同类型的潜在危险SEP可以被不同的太阳现象以不同的方向射入太空，从而使其广泛传播。



2021年4月17日，日地关系天文台（STEREO）的一艘航天器拍摄到了这张日冕物质抛射远离太阳的照片（太阳被中心的黑色圆盘覆盖，以便更好地看到周围的特征）。了解更多信息。图像：NASA/STEREO-A/COR2

芬兰图尔库大学物理与天文系的Nina Dresing说：“SEP会损害我们的技术，如卫星，并破坏GPS。”。“此外，在强烈的SEP事件中，太空中甚至极地航线上的飞机上的人类都可能遭受有害辐射。”

像Dresing这样的科学家渴望找出这些粒子的确切来源，以及是什么推动它们达到如此高的速度，以更好地学习如何保护人们和技术免受伤害。Dresing带领一个科学家团队分析了什么样的粒子撞击每艘航天器以及何时撞击。该团队在《天文学与天体物理学》杂志上发表了研究结果。

目前，由欧空局（欧洲航天局）和日本宇宙航空研究开发机构（日本宇宙航空开发机构）联合执行的BepiColombo航天器在前往水星的途中，距离爆炸的直接发射线最近，受到了最强烈的粒子撞击。与此同时，美国国家航空航天局的帕克太阳探测器和欧空局的太阳轨道器位于耀斑的相对两侧，但帕克太阳探测器离太阳更近，因此受到的打击比太阳轨道器更大。接下来是美国国家航空航天局的两个日地关系天文台（STEREO）航天器中的一个，即STEREO-A，其次是美国国家航天局/欧空局的太阳和日球层天文台（SOHO）和美国国家航空宇航局的风飞船，它们离地球更近，远离爆炸。在绕火星飞行时，美国国家航空航天局的MAVEN和欧空局的火星快车是最后一个探测到事件中粒子的航天器。



这张图显示了2021年4月17日太阳爆发期间单个航天器以及地球和火星的位置。太阳在中心。黑色箭头表示初始太阳耀斑的方向。几艘航天器探测到太阳周围210度以上的太阳高能粒子（蓝色阴影区域）。图像：Solar MACH

总的来说，这些粒子是在210个纵向空间度（几乎是太阳周围三分之二的距离）上被探测到的，这比太阳爆发通常覆盖的角度要宽得多。此外，每个航天器在其位置都记录了不同的电子和质子洪流。不同航天器记录的粒子到达和特征的差异有助于科学家们拼凑出SEP何时以及在何种条件下被喷射到太空。

这些线索向Dresing的团队表明，SEP不是由一个单一的来源同时喷发出来的，而是可能由不同类型的太阳喷发在不同的方向和时间推动的。

位于马里兰州格林贝尔特的美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的太阳物理研究科学家、团队成员Georgia de Nolfo说：“多种来源可能促成了这一事件，解释了其广泛分布。”。“此外，对于这一事件，质子和电子可能来自不同的来源。”

该团队得出结论，电子很可能被最初的闪光（太阳耀斑）迅速驱动进入太空，而质子则被推进得更慢，很可能是被来自太阳物质云的冲击波或日冕物质抛射推动。

de Nolfo说：“这不是人们第一次猜测电子和质子的加速度来源不同。”。“这一测量的独特之处在于，多重视角使科学家能够更好地分离不同的过程，以确认电子和质子可能起源于不同的过程。”

除了耀斑和日冕物质抛射外，航天器在这一事件中还记录了四组来自太阳的射电暴，可能伴随着四个不同方向的粒子爆炸。这一观察结果可能有助于解释这些粒子是如何变得如此广泛的。

Dressing说：“我们有不同的不同粒子注入事件，它们朝着明显不同的方向发展，所有这些都共同促成了这一事件的广泛性。”。

de Nolfo说：“这次活动展示了多重视角在解开事件复杂性方面的重要性。”。

这些结果显示了美国国家航空航天局未来太阳物理任务的前景，该任务将使用多个航天器来研究广泛的现象，如地球空间动力学星座（GDC）、SunRISE、PUNCH和HelioSwarm。虽然单个航天器可以揭示当地的情况，但在不同位置运行的多个航天器提供了更深入的科学见解，并对太空和我们的母星周围发生的事情提供了更完整的了解。

它还预览了MUSE、IMAP和ESCAPADE等未来任务将要做的工作，这些任务将研究太阳爆炸事件和粒子加速进入太阳系。