太阳轨道飞行器首次拍摄到太阳上的奇怪现象

太阳轨道飞行器首次进行了与称为太阳折返的磁现象相一致的遥感观测--太阳风磁场的突然和大的偏转。新的观测结果提供了该结构的全貌，证实其具有S形特征，正如预测的那样。此外，太阳轨道器数据提供的全球视角表明，这些快速变化的磁场可能起源于太阳表面附近。

尽管一些航天器以前曾飞过这些令人困惑的区域，但原地数据只允许在一个单一的点和时间进行测量。因此，折返的结构和形状必须根据在一个点上测量的等离子体和磁场特性来推断。

当德国和美国的赫利俄斯1号和2号航天器在1970年代中期飞近太阳时，两个探测器都记录了太阳磁场的突然折返。这些神秘的折返总是突然的，而且总是暂时的。它们只持续了几秒钟到几个小时，然后磁场又转回了原来的方向。

20世纪90年代末，尤利西斯号探测器也在离太阳更远的地方探测了这些磁结构。尤利西斯号探测器大部分时间都在地球轨道之外运行，而不是地球轨道半径的三分之一。

随着美国宇航局的帕克太阳探测器在2018年的到来，它们的数量急剧上升。这清楚地表明，突然的磁折返在靠近太阳的地方更多，并导致人们认为它们是由磁场中的S形扭结造成的。这种令人费解的行为为该现象赢得了折返的名称。对于这些现象如何形成，人们提出了一些想法。

2022年3月25日，太阳轨道飞行器距离近距离通过太阳仅有一天时间--使其进入水星的轨道--其Metis仪器正在采集数据。Metis挡住了来自太阳表面的强光，并拍摄了太阳外层大气的照片，即所谓的日冕。日冕中的粒子是带电的，并沿着太阳的磁场线进入太空。带电粒子本身被称为等离子体。

在UT20:39左右，Metis记录了一张日冕的图像，显示出日冕等离子体中的一个扭曲的S形扭结。对意大利国家天体物理研究所--都灵天体物理观测站的Daniele Telloni来说，它看起来很像一个太阳折返。

他将用可见光拍摄的Metis图像与太阳轨道器的极紫外成像仪（EUI）同时拍摄的图像相比较，发现候选的折返现象发生在一个被编为AR12972的活跃区域之上。活跃区与太阳黑子和磁力活动有关。对Metis数据的进一步分析表明，这个区域上方的等离子体的速度非常慢，这是一个尚未释放其储存能量的活跃区域所预期的。

Daniele立即认为这类似于美国亨茨维尔阿拉巴马大学的Gary Zank教授提出的倒退的产生机制。该理论研究了太阳表面附近的不同磁区相互作用的方式。

在靠近太阳的地方，特别是在活动区域的上方，存在着开放和封闭的磁场线。闭合的磁场线是磁力的环状物，在绕过太阳大气层之前，拱起并消失在太阳中。在这些场线上方，很少有等离子体可以逃到太空中，因此太阳风的速度在这里往往是缓慢的。开放场线则相反，它们从太阳发出，与太阳系的行星际磁场相连。它们是磁力“公路”，等离子体可以沿着它自由流动，并产生了快速的太阳风。

Daniele 和 Gary 证明，当一个开放的场线区域和一个封闭的场线区域之间发生相互作用时，就会发生切换。当场线挤在一起时，它们可以重新连接成更稳定的配置。就像抽打鞭子一样，这会释放出能量，并产生一个S形的扰动，进入太空，经过的航天器会将其记录为一个折返。

根据提出折返起源理论之一的 Gary Zank 的说法：“Daniele展示的第一张来自Metis的图像几乎立即向我暗示了我们在开发‘折返’的数学模型时绘制的卡通画。当然，第一张图片只是一个快照，我们不得不克制自己的热情，直到我们利用Metis出色的覆盖范围来提取时间信息并对图片本身进行更详细的光谱分析。结果被证明是绝对壮观的！”

他们与其他研究人员一起建立了一个行为的计算机模型，并发现他们的结果与Metis图像有惊人的相似之处，特别是在他们包括计算该结构在通过日冕向外传播时如何拉长之后。

Daniele说“我想说的是，日冕中磁力折返的这张图揭示了它们的起源之谜，”他的研究结果发表在《天体物理学杂志通讯》上。

在了解折返现象的过程中，太阳物理学家也可能朝着了解太阳风如何加速和加热离开太阳的细节迈出了一步。这是因为当航天器飞过弯道时，它们经常记录到太阳风的局部加速。

Daniele说：“下一步是尝试从统计学上将现场观察到的折返点与它们在太阳上的源区联系起来。换句话说，让航天器飞过磁反转，并能够看到太阳表面发生了什么。这正是太阳轨道飞行器被设计来做的那种联系科学，但这并不一定意味着太阳轨道飞行器需要飞过换向。它可能是另一个航天器，如帕克太阳探测器。只要原地数据和遥感数据是同步的，Daniel就可以进行相关的工作。”

“这正是我们希望通过太阳轨道飞行器获得的结果，”欧空局太阳轨道飞行器项目科学家Daniel Müller说。“每一个轨道，我们都会从我们的十个仪器套件中获得更多的数据。基于这样的结果，我们将对太阳轨道器下一次与太阳相遇时的观测计划进行微调，以了解太阳与太阳系更广泛的磁环境的连接方式。这是太阳轨道器第一次近距离通过太阳，所以我们期待着更多令人兴奋的结果。”

太阳轨道器下一次接近太阳--再次在水星轨道内，距离为地日距离的0.29倍--将于10月13日进行。本月早些时候，9月4日，太阳轨道飞行器在金星上进行了一次重力辅助飞行，以调整其围绕太阳的轨道；随后的金星飞行将开始提高航天器轨道的倾角，以进入太阳的高纬度--更多的极地区域。