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太阳日冕，也就是太阳最热的外层，温度超过一百万开尔文，并产生带电粒子的风，每年大约有月球质量的百万分之一被抛出。众所周知，太阳瞬变事件会导致高能带电粒子向太空大量喷发，其中一些会“轰炸”地球，但因受地球磁场的保护在两极产生了极光，偶尔甚至会扰乱全球通信。一个长期困扰天文学家的问题是：太阳是如何产生这些高能粒子的？
太阳耀斑或其他类型的脉冲事件被认为是关键机制，热气体被电离，并在下面产生一层循环电流，从而产生强大的磁场环路。当这些环路扭曲和断裂时，它们可以突然喷射出带电粒子的脉冲。在太阳耀斑的标准图像中，这种是由大规模的运动驱动，但是能量在哪里释放，如何释放，以及粒子是如何加速的，仍然还不确定，因为还没有在太阳以足够小的尺寸：
测量到大尺度电流的磁性，以便与耀斑活动的区域相对应。哈佛史密森天体物理中心天文学家沈成才（音译）、凯瑟琳·里夫斯和合作者，新研究报告了对太阳磁场和耀斑喷射电子活动区域的空间分辨观测。研究小组利用欧文斯山谷太阳能阵列(EOVSA)的13个天线阵列及其微波成像技术，观测到了巨大的太阳耀斑。随着太阳耀斑事件的进行，他们看到了一个快速上升气球形状的黑暗空洞。
与扭曲的磁力线大致沿着场线的轴线上升、破裂和喷射出的电子相对应。科学家们能够对结构的细节进行建模，通过估计磁场的强度和等离子体流动速度，仅这一次大耀斑就在其峰值几分钟内释放出了大约整个太阳能量的0.02%。研究结果表明，磁场中的这些空间结构，是加速和引导快速移动电子进入行星际空间的主要位置，并展示了这些新空间分辨率成像技术的能力。
在太阳耀斑的标准模型中，假设大尺度重联电流是驱动耀斑能量释放和加速粒子的中心引擎。然而，由于缺乏对电流磁性的测量，能量释放和粒子加速在哪里以及如何发生仍然不清楚。新研究对太阳耀斑中沿电流特征的空间分辨磁场和耀斑加速进行相对论电子测量。测量到的磁场分布显示了一个局部极大值，在此，极性相反的磁重联磁力线彼此非常接近，称为磁重联X点。
测量还显示，在耀斑环顶上方的电流底部附近有一个局部极小值，称为“磁瓶”。这种空间结构与理论预测和数值模拟结果一致。在X点附近有一个约4000V/m的强重联电场。然而，这个位置显示了发射微波的相对论电子局部耗尽。相反，这些电子集中在磁瓶结构或附近，每个瞬间都有超过99%的电子驻留在磁瓶结构中。观察表明，环顶磁瓶很可能是加速和限制相对论电子的主要场所。
博科园｜研究/来自：哈佛史密森天体物理中心
参考期刊《arXiv》《自然天文》
Cite: arXiv:2005.12757
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