歐空局/美國宇航局的太陽軌道飛行器通過其迄今為止最接近太陽的新數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了有關(guān)太陽磁折返起源的引人注目的線索。這一發(fā)現(xiàn)指向了它們的物理形成機(jī)制可能有助于加速太陽風(fēng)。

太陽軌道飛行器首次進(jìn)行了與稱為太陽折返的磁現(xiàn)象相一致的遙感觀測–太陽風(fēng)磁場的突然和大的偏轉(zhuǎn)。新的觀測結(jié)果提供了該結(jié)構(gòu)的全貌，證實(shí)其具有S形特征，正如預(yù)測的那樣。此外，太陽軌道器數(shù)據(jù)提供的全球視角表明，這些快速變化的磁場可能起源于太陽表面附近。

盡管一些航天器以前曾飛過這些令人困惑的區(qū)域，但原地?cái)?shù)據(jù)只允許在一個(gè)單一的點(diǎn)和時(shí)間進(jìn)行測量。因此，折返的結(jié)構(gòu)和形狀必須根據(jù)在一個(gè)點(diǎn)上測量的等離子體和磁場特性來推斷。

當(dāng)?shù)聡兔绹暮绽硭?號(hào)和2號(hào)航天器在1970年代中期飛近太陽時(shí)，兩個(gè)探測器都記錄了太陽磁場的突然折返。這些神秘的折返總是突然的，而且總是暫時(shí)的。它們只持續(xù)了幾秒鐘到幾個(gè)小時(shí)，然后磁場又轉(zhuǎn)回了原來的方向。

20世紀(jì)90年代末，尤利西斯號(hào)探測器也在離太陽更遠(yuǎn)的地方探測了這些磁結(jié)構(gòu)。尤利西斯號(hào)探測器大部分時(shí)間都在地球軌道之外運(yùn)行，而不是地球軌道半徑的三分之一。

隨著美國宇航局的帕克太陽探測器在2018年的到來，它們的數(shù)量急劇上升。這清楚地表明，突然的磁折返在靠近太陽的地方更多，并導(dǎo)致人們認(rèn)為它們是由磁場中的S形扭結(jié)造成的。這種令人費(fèi)解的行為為該現(xiàn)象贏得了折返的名稱。對于這些現(xiàn)象如何形成，人們提出了一些想法。

2022年3月25日，太陽軌道飛行器距離近距離通過太陽僅有一天時(shí)間–使其進(jìn)入水星的軌道–其Metis儀器正在采集數(shù)據(jù)。Metis擋住了來自太陽表面的強(qiáng)光，并拍攝了太陽外層大氣的照片，即所謂的日冕。日冕中的粒子是帶電的，并沿著太陽的磁場線進(jìn)入太空。帶電粒子本身被稱為等離子體。

在UT20:39左右，Metis記錄了一張日冕的圖像，顯示出日冕等離子體中的一個(gè)扭曲的S形扭結(jié)。對意大利國家天體物理研究所–都靈天體物理觀測站的Daniele Telloni來說，它看起來很像一個(gè)太陽折返。

他將用可見光拍攝的Metis圖像與太陽軌道器的極紫外成像儀（EUI）同時(shí)拍攝的圖像相比較，發(fā)現(xiàn)候選的折返現(xiàn)象發(fā)生在一個(gè)被編為AR12972的活躍區(qū)域之上?；钴S區(qū)與太陽黑子和磁力活動(dòng)有關(guān)。對Metis數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析表明，這個(gè)區(qū)域上方的等離子體的速度非常慢，這是一個(gè)尚未釋放其儲(chǔ)存能量的活躍區(qū)域所預(yù)期的。

Daniele立即認(rèn)為這類似于美國亨茨維爾阿拉巴馬大學(xué)的Gary Zank教授提出的倒退的產(chǎn)生機(jī)制。該理論研究了太陽表面附近的不同磁區(qū)相互作用的方式。

在靠近太陽的地方，特別是在活動(dòng)區(qū)域的上方，存在著開放和封閉的磁場線。閉合的磁場線是磁力的環(huán)狀物，在繞過太陽大氣層之前，拱起并消失在太陽中。在這些場線上方，很少有等離子體可以逃到太空中，因此太陽風(fēng)的速度在這里往往是緩慢的。開放場線則相反，它們從太陽發(fā)出，與太陽系的行星際磁場相連。它們是磁力“公路”，等離子體可以沿著它自由流動(dòng)，并產(chǎn)生了快速的太陽風(fēng)。

Daniele 和 Gary 證明，當(dāng)一個(gè)開放的場線區(qū)域和一個(gè)封閉的場線區(qū)域之間發(fā)生相互作用時(shí)，就會(huì)發(fā)生切換。當(dāng)場線擠在一起時(shí)，它們可以重新連接成更穩(wěn)定的配置。就像抽打鞭子一樣，這會(huì)釋放出能量，并產(chǎn)生一個(gè)S形的擾動(dòng)，進(jìn)入太空，經(jīng)過的航天器會(huì)將其記錄為一個(gè)折返。

根據(jù)提出折返起源理論之一的 Gary Zank 的說法：“Daniele展示的第一張來自Metis的圖像幾乎立即向我暗示了我們在開發(fā)‘折返’的數(shù)學(xué)模型時(shí)繪制的卡通畫。當(dāng)然，第一張圖片只是一個(gè)快照，我們不得不克制自己的熱情，直到我們利用Metis出色的覆蓋范圍來提取時(shí)間信息并對圖片本身進(jìn)行更詳細(xì)的光譜分析。結(jié)果被證明是絕對壯觀的！”

他們與其他研究人員一起建立了一個(gè)行為的計(jì)算機(jī)模型，并發(fā)現(xiàn)他們的結(jié)果與Metis圖像有驚人的相似之處，特別是在他們包括計(jì)算該結(jié)構(gòu)在通過日冕向外傳播時(shí)如何拉長之后。

Daniele說“我想說的是，日冕中磁力折返的這張圖揭示了它們的起源之謎，”他的研究結(jié)果發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志通訊》上。

在了解折返現(xiàn)象的過程中，太陽物理學(xué)家也可能朝著了解太陽風(fēng)如何加速和加熱離開太陽的細(xì)節(jié)邁出了一步。這是因?yàn)楫?dāng)航天器飛過彎道時(shí)，它們經(jīng)常記錄到太陽風(fēng)的局部加速。

Daniele說：“下一步是嘗試從統(tǒng)計(jì)學(xué)上將現(xiàn)場觀察到的折返點(diǎn)與它們在太陽上的源區(qū)聯(lián)系起來。換句話說，讓航天器飛過磁反轉(zhuǎn)，并能夠看到太陽表面發(fā)生了什么。這正是太陽軌道飛行器被設(shè)計(jì)來做的那種聯(lián)系科學(xué)，但這并不一定意味著太陽軌道飛行器需要飛過換向。它可能是另一個(gè)航天器，如帕克太陽探測器。只要原地?cái)?shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)是同步的，Daniel就可以進(jìn)行相關(guān)的工作?！?/p>

“這正是我們希望通過太陽軌道飛行器獲得的結(jié)果，”歐空局太陽軌道飛行器項(xiàng)目科學(xué)家Daniel Müller說?！懊恳粋€(gè)軌道，我們都會(huì)從我們的十個(gè)儀器套件中獲得更多的數(shù)據(jù)?；谶@樣的結(jié)果，我們將對太陽軌道器下一次與太陽相遇時(shí)的觀測計(jì)劃進(jìn)行微調(diào)，以了解太陽與太陽系更廣泛的磁環(huán)境的連接方式。這是太陽軌道器第一次近距離通過太陽，所以我們期待著更多令人興奮的結(jié)果。”

太陽軌道器下一次接近太陽–再次在水星軌道內(nèi)，距離為地日距離的0.29倍–將于10月13日進(jìn)行。本月早些時(shí)候，9月4日，太陽軌道飛行器在金星上進(jìn)行了一次重力輔助飛行，以調(diào)整其圍繞太陽的軌道；隨后的金星飛行將開始提高航天器軌道的傾角，以進(jìn)入太陽的高緯度–更多的極地區(qū)域。