即将到来的太阳活动高峰期可能有助于解开太阳伽马射线之谜

熊明青

2013年和2015年之间在不同伽马射线强度下看到的太阳（图片来源:阿西奥利和奥兰多2024 &美国国家航空航天局/SDO/杜伯斯坦）

（）据美国太空网（罗伯特·李）：如果太阳科学家还不急于在2024年太阳活动达到顶峰时观察太阳，一个新发现的伽马射线谜题将加强这种愿望。

在检查美国国家航空航天局费米太空望远镜14年来的数据时，一组研究人员发现，在2013年和2014年的上一次太阳活动高峰期，太阳两极地区爆发出的高能伽马射线辐射比预期高10倍。

众所周知，太阳在所有波长的电磁辐射下都会发光，包括伽马射线，但这种辐射预计会均匀分布在整个太阳表面。在极地地区探测到高活动的团队目前无法解释这种不平衡。

团队负责人、天体物理和空间科学研究所研究员布鲁诺·阿西奥利在一份声明中说:“对太阳伽马射线发射的研究代表了一个新的窗口，可以调查和了解我们恒星大气层中发生的物理过程。”

“在两极产生这些过度现象的过程是什么？也许还有其他机制产生伽马射线，超出了宇宙射线与太阳表面的相互作用。”

每个太阳周期都描述了太阳磁场活动的周期性变化，持续时间约为11.5年，其特点是出现了一个称为太阳活动极大期的剧烈活动期，太阳表面分布着更多的太阳黑子，更多的太阳耀斑，以及更多的大量等离子体流出，称为日冕物质抛射（CME）。

从2019年12月开始的当前太阳周期（第25太阳周期）即将到来的太阳活动高峰期，可能有助于解释为什么在上一个周期的活动高峰期间，太阳在其两极的伽马射线中更亮。

了解太阳在这些最大值时的行为可以帮助科学家更好地预测由太阳耀斑和太阳流出物驱动的太空天气，这些耀斑和太阳流出物可能会破坏地球上的电力和通信基础设施，并可能损坏卫星和威胁宇航员。

用美国国家航空航天局的费米太空望远镜观测一个完整的太阳周期

阿西奥利和同事们使用的数据是费米的伽马射线捕捉仪器在2008年8月至2019年1月期间收集的，涵盖了一个完整的太阳周期，从一个周期的太阳最小值到太阳最大值再到下一个太阳最小值。

为了理解这些数据，该团队开发了一种工具，可以将来自太阳的伽马射线与背景天空中其他来源的高能辐射区分开来。这导致太阳伽马射线事件被整合到一个400至700天的窗口中，该窗口可以在14年的观测期间内滑动，以专注于特定时间的伽马射线活动。



美国国家航空航天局费米望远镜环绕地球观测来自太阳的高能伽马射线。（图片来源:美国国家航空航天局/罗伯特·李）

尽管太阳发出所有波长的光，但99%的光是以紫外线、可见光和红外线的形式发出的。我们的恒星发出的能量高得多的伽马射线辐射来自太阳耀斑、太阳冕，以及在较小程度上来自光球层，光球层被松散地认为是太阳表面。

团队负责人、天体物理和空间科学研究所研究员布鲁诺·阿西奥利在声明中说:“太阳受到来自银河系以外各个方向的接近光速的粒子的冲击。”“这些所谓的宇宙射线是带电的，并被太阳磁场偏转。那些与太阳大气相互作用的粒子会产生伽马射线雨。”

科学家们从理论上推断，这些伽马射线雨将在整个太阳上均匀产生。与此相反，阿西奥利及其同事的研究结果表明，太阳磁场在较高海拔发生了一些变化，加剧了两极的伽马射线输出。

研究人员还探测到了另一种伽马射线不对称现象，这次是在两极之间，与产生的伽马射线光子的能量有关。

阿西奥利补充说:“在南极，能量较高的光子（20至150千兆电子伏特）发射过剩，而大多数能量较低的光子来自北极。”

两极的伽马射线辐射特别集中在2014年6月，当时太阳磁极发生逆转，这种现象大约每隔11.5年在太阳活动高峰期发生一次。

“我们发现的结果挑战了我们目前对太阳及其环境的理解，”团队成员、的里雅斯特大学科学家埃琳娜·奥兰多说。“我们证明了太阳伽马射线发射的不对称性与太阳磁场翻转的强烈相关性，这揭示了太阳天文学、粒子物理学和等离子物理学之间可能的联系。”

了解太阳释放伽马射线的方式和位置与太阳耀斑和日冕物质抛射更加频繁期间我们恒星的活动之间的联系，可能会导致更好的空间天气预报。

阿西奥利补充说:“在2024年和接下来的一年里，我们将经历一个新的太阳极大期，太阳磁极的另一次反转已经开始。”“我们预计到2025年底将重新评估磁场逆转后两极的伽马射线辐射是否会过剩。”

奥兰多还表示，该团队的发现为更多地关注来自太阳的伽马射线提供了有力的证据。

“我们已经找到了解开这个谜团的钥匙，这表明了未来应该采取的方向。费米望远镜将在未来几年运行并观察太阳是至关重要的，”她说。

阿西奥利总结说:“如果高能辐射确实携带了有关太阳活动的信息，那么下一次任务应该计划提供有关太阳伽马射线辐射的实时数据。”

该团队的研究发表在《天体物理学杂志》上。