《双重难题：“太阳轨道器”追溯超快电子源自太阳》
欧洲航天局主导的“太阳轨道器”任务，将从太阳抛射到太空中的高能粒子流分为两组，并追溯每组粒子分别源于太阳的不同爆发类型。
太阳是太阳系中最强大的粒子加速器，它将电子加速到接近光速，并抛射到太空中，使太阳系充斥着所谓的“太阳高能电子”（SEEs）。
研究人员利用“太阳轨道器”确定了这些高能电子的来源，并将在太空中观测到的现象与太阳实际发生的情况联系起来。他们发现了两种明显不同的太阳高能电子：一种与强烈的太阳耀斑（太阳表面较小区域的爆发）有关，另一种与太阳大气中较大规模的热气体喷发（即“日冕物质抛射”，简称CMEs）有关。
“我们清楚地看到，‘脉冲式’粒子事件与‘渐进式’粒子事件之间存在明显区别。在‘脉冲式’事件中，高能电子通过太阳耀斑以爆发的形式从太阳表面迅速射出；而‘渐进式’事件则与更广泛的日冕物质抛射相关，在较长时间内释放出更大量的粒子。”德国莱布尼茨天体物理研究所（AIP）的首席作者亚历山大·瓦尔穆特表示。

更清晰的联系

虽然科学家们早已知道存在两种类型的太阳高能电子事件，但“太阳轨道器”能够测量大量事件，并且比其他任务更接近太阳，以揭示它们是如何形成并离开太阳表面的。
“我们通过多种仪器在距离太阳不同位置观测数百个事件，才得以识别并理解这两类事件，这只有‘太阳轨道器’能够做到。”亚历山大补充道，“通过如此接近太阳，我们可以测量处于‘原始’早期状态的粒子，从而准确确定它们在太阳上起始的时间和地点。”
这项研究是迄今为止对太阳高能电子事件最全面的研究，并生成了一个目录，随着“太阳轨道器”的运行，该目录还将不断扩充。研究期间，利用“太阳轨道器”的10个仪器中的8个，观测了2020年11月至2022年12月期间的300多个事件。
“这是我们首次清晰地看到太空中的高能电子与其在太阳上的源事件之间的联系。”同样来自AIP的合著者弗雷德里克·舒勒补充道。
“我们使用探测器的高能粒子探测器对粒子进行原位测量，即‘太阳轨道器’实际穿越电子流，同时使用航天器的更多仪器观测太阳上发生的情况。我们还收集了太阳与航天器之间空间环境的信息。”

飞行延迟

研究人员在距离太阳不同位置探测到太阳高能电子事件，这使他们能够研究电子在太阳系中传播时的行为，解答了一个关于这些高能粒子的长期疑问。
当我们观测到耀斑或日冕物质抛射时，在太阳上观测到的现象与高能电子释放到太空之间，往往存在明显的延迟。在极端情况下，粒子似乎需要数小时才能逃逸。这是为什么呢？
“事实证明，这至少部分与电子在太空中的传播方式有关，可能是释放延迟，也可能是探测延迟。”合著者兼欧空局研究员劳拉·罗德里格斯 – 加西亚表示，“电子会遇到湍流，向不同方向散射等，所以我们不会立即发现它们。随着离太阳距离的增加，这些影响会累积起来。”
太阳与太阳系行星之间的空间并非空无一物。一股带电粒子风不断从太阳流出，并携带着太阳磁场。它充满了空间，并影响着高能电子的传播；电子不能随意移动，而是受到这股粒子风及其磁场的限制、散射和干扰。
这项研究实现了“太阳轨道器”的一个重要目标：持续监测太阳及其周围环境，追溯喷射粒子的太阳源头。
“多亏了‘太阳轨道器’，我们对太阳的了解比以往任何时候都更深入。”欧空局“太阳轨道器”项目科学家丹尼尔·米勒表示，“在太空的头五年里，‘太阳轨道器’观测到了大量的太阳高能电子事件。因此，我们能够进行详细分析，并为全球科学界构建一个独特的数据库以供探索。”

保障地球安全

至关重要的是，这一发现对于我们理解空间天气具有重要意义，准确的空间天气预报对于确保航天器的正常运行和安全至关重要。在两种太阳高能电子事件中，与日冕物质抛射相关的事件对空间天气更为重要，因为它往往包含更多高能粒子，可能造成更大损害。因此，能够区分这两种高能电子类型，对于空间天气预报具有重大意义。
“来自‘太阳轨道器’的此类知识，将有助于未来保护其他航天器，让我们更好地了解来自太阳、威胁宇航员和卫星的高能粒子。”丹尼尔补充道，“这项研究是合作力量的一个很好的例子，正是由于欧洲科学家、欧空局各成员国的仪器团队以及美国同事的专业知识和团队合作，才使这项研究成为可能。”
展望未来，欧空局的“守望者”（Vigil）任务将开创一种革命性的方法，首次对太阳“侧面”进行业务化观测，持续深入了解太阳活动。“守望者”计划于2031年发射，将在潜在危险的太阳事件进入从地球可见的视野之前进行探测，让我们提前了解其速度、方向和撞击概率。
欧空局的“微笑”（Smile）任务将于明年发射，届时我们对地球如何应对太阳风暴的理解也将进一步深入。“微笑”将研究地球如何承受来自太阳的持续“粒子风”和偶尔爆发的强烈粒子，探索这些粒子如何与地球的保护性磁场相互作用。
“太阳轨道器”是欧空局和美国国家航空航天局（NASA）合作的空间任务，由欧空局运营。