一個(gè)中德科學(xué)家小組已經(jīng)確認(rèn)出了太陽(yáng)日冕中的磁結(jié)構(gòu)，高速太陽(yáng)風(fēng)就是在這里產(chǎn)生的。利用來(lái)自太陽(yáng)輻射紫外光測(cè)量（SUMER）光譜儀的圖像和多普勒?qǐng)D，以及由歐洲航天局(ESA)和美國(guó)航空航天局(NASA)的天基太陽(yáng)和日球?qū)犹煳呐_(tái)（SOHO）上的邁克爾遜多普勒成像儀（MDI）提供的磁圖，該小組注意到太陽(yáng)風(fēng)是從形似漏斗的磁場(chǎng)中流出的，這些磁場(chǎng)被固定在太陽(yáng)表面附近磁網(wǎng)的狹窄磁道上。
圖解：太陽(yáng)風(fēng)作用下的地球磁場(chǎng)藝術(shù)想象圖
這些觀測(cè)結(jié)果于今年發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。這項(xiàng)研究加深了我們對(duì)太陽(yáng)風(fēng)源磁場(chǎng)性質(zhì)的認(rèn)知，而我們已經(jīng)知道，時(shí)刻影響著地球太空環(huán)境的太陽(yáng)風(fēng)，實(shí)際上是纖薄又熾熱的等離子流(導(dǎo)電性氣體)。
圖1、當(dāng)太陽(yáng)表面的磁場(chǎng)線沒(méi)有回落閉合時(shí)，太陽(yáng)風(fēng)便得以從中逃逸出來(lái)。
太陽(yáng)風(fēng)由質(zhì)子、α粒子(二次電離的氦)、重離子和電子構(gòu)成，這些粒子在太陽(yáng)表面的移動(dòng)速度在300到800 km/s之間。日冕源區(qū)中的重離子會(huì)釋放具有一定波長(zhǎng)的紫外輻射；當(dāng)重離子飛向地球(追蹤著新生太陽(yáng)風(fēng))，其發(fā)射的紫外光波長(zhǎng)會(huì)變短。這種現(xiàn)象被稱作多普勒效應(yīng)，最為人熟知的例子就是一輛接近或遠(yuǎn)離觀察者的警車(chē)，其警笛聲在聽(tīng)覺(jué)上的變化。在太陽(yáng)的情形中，朝向我們(也即遠(yuǎn)離太陽(yáng)表面)運(yùn)動(dòng)的等離子體，被檢測(cè)出在紫外光譜中存在藍(lán)移。因此，利用這個(gè)現(xiàn)象，可以確定太陽(yáng)風(fēng)流的初始位置。
圖解：天鵝周?chē)鞯亩嗥绽招?yīng)
太陽(yáng)輻射紫外光測(cè)量(SUMER)的紫外光譜看上去和用棱鏡將白光分離成的彩虹條帶類似。但紫外光人肉眼不可見(jiàn)，而且無(wú)法穿透地球大氣，所以通過(guò)對(duì)空間觀測(cè)站SOHO上SUMMER光譜儀采集的紫外光譜進(jìn)行分析，太陽(yáng)物理學(xué)家可以獲得大量關(guān)于太陽(yáng)的原始信息，并推測(cè)太陽(yáng)的大氣溫度、化學(xué)組分和不同大氣圈層的運(yùn)動(dòng)。
科學(xué)論文第一作者，來(lái)自北京大學(xué)地球物理系的屠傳義教授說(shuō)：“太陽(yáng)風(fēng)源區(qū)的精細(xì)磁結(jié)構(gòu)仍然難以捉摸。多年來(lái)，太陽(yáng)和空間物理學(xué)家一直在觀測(cè)發(fā)源于日冕層中具有開(kāi)放磁場(chǎng)線和低光密度的區(qū)域，即冕洞，的高速太陽(yáng)風(fēng)。然而，只有用一種新穎的方式結(jié)合SOHO的復(fù)雜觀測(cè)結(jié)果，我們才能推斷日冕洞內(nèi)源的性質(zhì)。日冕漏斗似乎就是高速太陽(yáng)風(fēng)的發(fā)源地，速度約10 km/s，高度可達(dá)20000 Km，位于光球?qū)由戏健?div style="height:15px;">
圖2、歐洲航天局ESA和NASA的日球?qū)犹煳呐_(tái)(SOHO)捕捉到了這張圖片。巨大的冕洞盤(pán)旋在太陽(yáng)北極的上空。圖源：ESA&NASA/SOHO
屠教授說(shuō)：“Ne7 離子可用作良好的熱等離子流示蹤劑。當(dāng)高速太陽(yáng)風(fēng)開(kāi)始從冕洞中的漏斗頂部以10 km / s的速度流出時(shí)，會(huì)表現(xiàn)為600000 開(kāi)爾文(K)下Ne 7離子發(fā)射線的多普勒藍(lán)移中的色斑。通過(guò)比對(duì)磁場(chǎng)，即利用MDI磁資料從光球?qū)又型茢喑龅拇艌?chǎng)，我們發(fā)現(xiàn)這條線的藍(lán)移模式與20000 Km處的開(kāi)放場(chǎng)結(jié)構(gòu)之間相關(guān)性最好。
SUMER光譜儀通過(guò)觀察來(lái)自太陽(yáng)北極地區(qū)大面積的紫外線輻射，仔細(xì)查看了太陽(yáng)風(fēng)的來(lái)源?？茖W(xué)論文的合著者，埃卡特·馬什(Eckart Marsch)教授說(shuō)：“明確識(shí)別源區(qū)的詳細(xì)磁結(jié)構(gòu)（現(xiàn)在已顯示為日冕漏斗）以及確定釋放高度和太陽(yáng)風(fēng)初速度，是解決質(zhì)量供給和基礎(chǔ)加速度問(wèn)題的重要步驟。而現(xiàn)在，我們可以集中注意力研究更深層次的等離子體條件，和發(fā)生在膨脹著的日冕漏斗及磁網(wǎng)窄頸中的物理過(guò)程?！?div style="height:15px;">
圖3、三維太陽(yáng)大氣中的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。黑色實(shí)線表示開(kāi)放磁場(chǎng)線，紅色的表示封閉磁場(chǎng)線。因?yàn)槿彰嶂写艌?chǎng)強(qiáng)度隨高度（Z）的增加而降低，所以對(duì)于不同的高度，色斑的規(guī)模會(huì)有所不同。在4 Mm處插入的平面中，我們將Si II的輻射與推測(cè)的Bz進(jìn)行了比較。 外形線描繪了Si II輻射度80％的等級(jí)。在20.6 Mm處插入的平面中，我們將小于–7 km / s的Ne VIII多普勒頻移與推測(cè)的Bz進(jìn)行了比較。 陰影區(qū)域暗示Ne7 出流速度大于7 km / s的范圍。
解決太陽(yáng)風(fēng)的性質(zhì)和起源問(wèn)題是設(shè)計(jì)日球?qū)犹煳呐_(tái)(SOHO)的主要目的之一。冕洞是高速太陽(yáng)風(fēng)的出風(fēng)口對(duì)于天文學(xué)界早已不是新鮮事，新聞是，這些太陽(yáng)風(fēng)流被發(fā)現(xiàn)是源自日冕漏斗的，漏斗的源位于磁網(wǎng)的邊緣。太陽(yáng)表面之下有許多大型對(duì)流單體，每個(gè)單體都有與之聯(lián)系的磁場(chǎng)，這些磁場(chǎng)通過(guò)磁對(duì)流聚集在網(wǎng)絡(luò)通道中，漏斗頸就固定在其中。等離子體，雖然仍被限制在小型環(huán)形回路，但會(huì)被磁對(duì)流帶進(jìn)漏斗中，然后從中釋放出來(lái)，就像一桶水被倒進(jìn)一個(gè)開(kāi)放的水道一樣。
圖4、太陽(yáng)大氣中的磁漏斗。（A）強(qiáng)調(diào)開(kāi)放磁場(chǎng)線和出流速度大于8 km/s的Ne7 （暗陰影區(qū)）的相關(guān)性。（B）圖示漏斗邊界和由相鄰環(huán)繞的雙極磁環(huán)限制的磁單極通量。
馬什(Eckart Marsch)教授說(shuō)：“ 人們認(rèn)為快速的太陽(yáng)風(fēng)起源于光球?qū)由戏胶芙碾婋x氫原子層中，任意給定的開(kāi)放磁場(chǎng)線。碳離子發(fā)射線的低多普勒頻移表明，在5,000 km的高度尚未發(fā)生大量的粒子外流。太陽(yáng)風(fēng)等離子流現(xiàn)在被認(rèn)為是由很多小磁環(huán)產(chǎn)生的等離子體提供的，這些磁環(huán)只有幾千公里高，擠滿了漏斗。通過(guò)磁性重連，等離子體從各個(gè)方向灌入漏斗，在其中可能被加速，并最終形成太陽(yáng)風(fēng)。”
SUMER儀器的建設(shè)，由德國(guó)林道的馬克斯·普朗克太陽(yáng)系研究所（原馬克斯·普朗克高層大氣物理研究所）的克勞斯·威廉博士（也是該論文的合著者）領(lǐng)導(dǎo)，法國(guó)奧賽的空間研究所、馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達(dá)德太空飛行中心和伯克利的加利福尼亞大學(xué)參與核心工程，德國(guó)、法國(guó)、美國(guó)和瑞士國(guó)家機(jī)構(gòu)提供財(cái)政支持。SOHO是歐洲航天局(ESA)和美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)之間的國(guó)際合作項(xiàng)目，于1995年12月在NASA的佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射，由一枚Atlas II-AS火箭運(yùn)載，戈達(dá)德航天中心執(zhí)行操作。
