Solar Orbiter将太阳风中的一个磁场折返追溯至其在太阳上的源头

欧洲航天局（ESA）表示，其Solar Orbiter探测器已将一个磁场折返（switchback）——太阳风所携带磁场中的一种S形褶皱——追溯到它在太阳上的起源之处。这一成果来自法国CNRS/LPP的杰西·科伯恩（Jesse Coburn）领衔的一篇论文，题为“On the Coronal Origin of Magnetic Switchbacks in the Solar Wind”（《论太阳风中磁场折返的日冕起源》），现已发表在《Nature Astronomy》上。据ESA介绍，研究团队通过分析探测器在该结构内部发现的粒子确定了其源头。

太阳风是炽热的带电气体（即等离子体）持续不断的外流，它将太阳磁场拖拽到太阳系中。在此过程中，磁力线可能扭曲、断裂或向自身弯折回去。折返就是这样一种特征：它们经常在靠近太阳处被探测到，但其形成方式仍有争议。ESA回顾称，2022年Solar Orbiter曾从远处观测到一个折返，证实了研究人员曾预测但从未直接看到的S形结构。

这一次，探测器径直穿过了一个折返。科伯恩说：“Solar Orbiter穿越了一个非常大的折返。”他解释说，这使团队得以测量难得观测到、携带其起源线索的粒子。在Solar Orbiter大约位于地球与太阳之间中点附近时，太阳风分析仪（Solar Wind Analyser，SWA）获取的测量数据中，研究人员发现了带电氧粒子和碳粒子的组合。ESA表示，这种组合只可能在太阳表面炽热的磁环内部形成。

科伯恩介绍了关于折返——以及随之而来的太阳风——如何产生的两种主要解释。粒子组合支持第一种解释，即交换重联（interchange reconnection）：开放磁力线（物质可沿其逃逸到太空）与弯回太阳的闭合磁环相遇，磁力线断开并重新连接，使原本被困在磁环中的等离子体得以逸出。与之竞争的解释则依赖于波动和湍流。合著者、英国诺森比亚大学（Northumbria University）的斯蒂芬妮·亚德利（Stephanie Yardley）表示，团队也看到了这些过程的迹象，但很可能只是在折返远离太阳之后才出现。在她看来，两种过程都参与其中，“它们只是在折返生命周期的不同阶段起作用”。

除了原位（in situ）粒子数据外，团队还分析了日面图像，并对太阳及其周围空间的磁场进行了建模。ESA表示，研究人员构建了一个新模型来确定等离子体的来源，将Solar Orbiter的测量数据与NASA太阳动力学天文台（Solar Dynamics Observatory）的数据联系起来，以定位源区。据ESA介绍，这项工作还表明，太阳大气会在太阳风粒子上留下印记，这可能让科学家得以重建在远离太阳处测得的等离子体的历史。