迈尔斯·哈特菲尔德和莉娜·特兰，美国宇航局戈达德太空飞行中心 帕克太阳能探测器观察到了转向——太阳风中的移动扰动导致磁场自身弯曲——这是一种尚未解释的现象，可能有助于科学家发现更多关于太阳风是如何从太阳加速而来的信息
荣誉:美国宇航局戈达德太空飞行中心/概念图像实验室/阿德里亚娜·曼里克·古铁雷斯 当美国国家航空航天局的帕克太阳能探测器发回其首次太阳航行的观测结果时，科学家们发现了一个由洋流和海浪组成的广阔海洋的迹象，这与离我们星球更近的近地空间非常不同
这片海洋充满了后来被称为“急转弯”的东西:太阳磁场的快速翻转，就像一条之字形的山路一样改变了方向
科学家认为，拼凑变向的故事是理解太阳风的一个重要部分，太阳风是来自太阳的不断流动的带电粒子流
太阳风穿过太阳系，形成了一个巨大的空间天气系统，我们经常从太阳系周围的不同有利位置对其进行研究——但我们仍然对太阳最初是如何设法吹出这种每小时200万英里的阵风有一些基本的疑问
太阳能物理学家早就知道太阳风有两种形式:风速约为每秒430英里的快速风和风速接近每秒220英里的慢速风
疾风往往来自日冕洞，太阳上充满开放磁场的暗点
较慢的风从太阳的开放和封闭磁场混合的部分出现
但是，关于驱动太阳风的因素，我们还有很多要了解，科学家们怀疑转向——贯穿其中的快速太阳能物质射流——提供了太阳风起源的线索
自从他们的发现以来，随着研究人员试图解释磁脉冲是如何形成的，转折引发了一系列的研究和科学辩论
“这是科学过程在起作用，”美国宇航局总部太阳物理项目科学家凯利·科雷克说
“有各种各样的理论，随着我们获得越来越多的数据来检验这些理论，我们越来越接近于弄清楚转折以及它们在太阳风中的作用
" 磁性烟花 争论的一方是:一组研究人员认为变向源于太阳大气中发生的戏剧性磁爆炸
美国国家航空航天局和欧洲航天局的联合任务尤利西斯首次观察到了我们现在称之为转向的迹象，这是第一个飞越太阳两极的航天器
但是几十年后，当数据从帕克太阳能探测器流出时，科学家们惊讶地发现了这么多
随着太阳旋转和它的过热气体搅动，磁场围绕我们的恒星移动
有些磁力线是开放的，就像风中飘动的丝带
另一些则是封闭的，两端或“脚点”固定在太阳下，形成环，与灼热的太阳物质一起运行
一种理论——最初是在1996年根据尤利西斯的数据提出的——认为转向是开放磁场和封闭磁场冲突的结果
密歇根大学的科学家贾斯汀·卡斯帕和莱恩·菲斯克去年发表的一项分析进一步探索了这个有20年历史的理论
当一条开放的磁力线与闭合的磁环擦肩而过时，它们可以在一个叫做互换重连的过程中重新配置——这是一种磁场的爆炸性重新排列，导致一种折返形状
阿拉巴马大学亨茨维尔分校的太阳能物理学家加里·赞克说:“磁重联有点像剪刀和焊枪合二为一。”
打开的线扣在闭合的环上，从环上释放出热等离子体，同时将两个场“粘合”成一个新的结构
在线圈重新密封之前，这种突然的断裂在开放的磁场线中形成了一个S形扭结——有点像，例如，手的快速抽动会使S形波沿着绳子传播
其他的研究论文关注了在重新连接的焰火之后，转折是如何形成的
通常，这意味着建立数学模拟，然后将计算机生成的转换数据与帕克太阳能探测器的数据进行比较
如果它们非常接近，用于创建模型的物理学可能会成功地帮助描述转向的真实物理学
赞克领导了第一个折返模型的开发
他的模型表明，不是一个，而是两个磁鞭在重新连接过程中诞生:一个向下移动到太阳表面，另一个迅速进入太阳风
就像由一束更小的电线制成的电线一样，每个磁回路由许多磁力线组成
“发生的是，每一根单独的电线重新连接，所以你在短时间内产生一系列的转向，”赞克说
五种当前理论的说明，解释了如何形成转向
图像不符合比例
荣誉:美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心/迈尔斯·哈特菲尔德/莉娜·特兰/玛丽-帕特·赫里克·基思 赞克和他的团队模拟了11月16日观测到的第一个帕克太阳能探测器的转向
6, 2018
第一个模型很好地符合观察结果，鼓励团队进一步开发它
该团队的研究结果发表在10月10日的《天体物理学杂志》上
26, 2020
由马里兰大学物理学家詹姆斯·德雷克领导的另一组科学家同意交换重连的重要性
但是当涉及到转向本身的性质时，它们就不同了
当其他人说折回是磁场线中的一种扭结时，德雷克和他的团队认为帕克观察到的是一种叫做通量绳的磁性结构的特征
在德雷克的模拟中，磁场中的扭结在消失之前不会移动很远
“磁力线就像橡皮筋，它们喜欢迅速回复到原来的形状，”他解释道
但是科学家们知道转向必须足够稳定，才能到达帕克太阳能探测器能看到的地方
另一方面，通量绳——被认为是许多太阳爆发的核心组件——更坚固
想象一根磁性条纹糖果棒
那是一根磁通绳:磁场带缠绕着一束更强的磁场
德雷克和他的团队认为通量绳可能是解释转向的一个重要部分，因为它们应该足够稳定，可以到达帕克太阳探测器观察到它们的地方
他们的研究发表在10月10日的《天文学和天体物理学》上
8，2020—为建立基于通量绳的模型来描述转向的起源奠定基础
这些科学家的共同点是，他们认为磁重联不仅可以解释变向是如何形成的，还可以解释太阳风是如何被加热并从太阳上甩出去的
特别是，转向与缓慢的太阳风有关
每次变向都向太空发射一团热等离子体
所以我们在问，“如果你把所有这些爆发加起来，它们能产生太阳风吗？”德雷克说
随波逐流 争论的另一方是科学家，他们认为太阳风中形成了转向，这是搅动太阳风的湍流的副产品
新西兰奥塔哥大学的空间物理学家乔纳森·斯夸尔就是其中之一
通过计算机模拟，他研究了太阳风的微小波动是如何随时间演变的
“我们所做的是试图跟随一小团等离子体向外移动，”斯夸尔说
每一包太阳风在逃离太阳时都会膨胀，像气球一样爆炸
在太阳上波动的波浪在等离子体中产生微小的波纹，随着太阳风的扩散，波纹逐渐变大
“它们开始时是扭动的，但后来我们看到的是，当它们长得更远时，它们变成了转向，”斯奎尔说
“这就是为什么我们觉得这是一个非常有说服力的想法——它只是在模型中自己发生的
“研究小组不必将任何关于新物理的猜测纳入他们的模型——这种转变似乎是基于相当一致的太阳科学
乡绅的模型，发表于2月16日
2020年10月26日，表明随着太阳风向太空扩展，转向自然形成
他预测，太阳风中膨胀更快的部分也应该有更多的转向——这一预测已经可以用最新的帕克数据集进行检验
其他研究人员一致认为，转向始于太阳风，但他们怀疑这是在太阳风的快慢流相互碰撞时形成的
2020年10月，泰国曼谷玛希多大学的戴夫·鲁福洛领导的一项研究概述了这一想法
帕克太阳能探测器在太阳风中穿过转弯处的插图
荣誉:美国宇航局戈达德太空飞行中心/概念图像实验室/阿德里亚娜·曼里克·古铁雷斯 该论文的合著者、位于纽瓦克的特拉华大学的空间物理学家比尔·马特休斯指出了快流和慢流交界处的剪切现象
这种快慢之间的剪切产生了自然界中随处可见的特有漩涡，就像河水围绕岩石流动时形成的漩涡
他们的模型表明，这些漩涡最终会变成转向，将磁力线卷回自身
但是漩涡不会立即形成——太阳风必须以相当快的速度移动，才能弯曲原本坚硬的磁力线
太阳风达到这个速度大约是8
距离太阳500万英里
马特豪斯的关键预测是，当帕克比那更接近太阳时——这应该发生在它的下一次近距离传球6
在2021年4月29日，距离太阳500万英里的地方——急转弯应该会消失
“如果这是起源，那么当帕克移动到较低的日冕时，这种剪切就不会发生，”马特豪斯说
“所以，我们所描述的现象所导致的转折应该消失
" 这些太阳风模型尚未成功模拟的转向的一个方面是，当它们沿特定方向扭曲时——与太阳旋转的方向相同——它们往往更强
然而，这两个模拟都是用静止的太阳来创建的，而不是旋转的，这可能会有所不同
对于这些建模者来说，下一步就是合并太阳的实际旋转
在风中扭曲 最后，一些科学家认为转向源于这两个过程，从太阳的重新连接或脚点运动开始，但只有当它们进入太阳风时才形成最终形状
新罕布什尔大学和普林斯顿大学的空间物理学家内森·施瓦德龙和大卫·麦科马斯今天发表的一篇论文采用了这种方法，他们认为当快速和慢速的太阳风在其根部重新排列时，就会形成转向
在这种重新排列之后，在同一条磁力线上，快风最终落在了慢风的后面
(想象一群慢跑者在跑道上，奥林匹克短跑运动员紧随其后
这种情况可能发生在任何低速和高速风相遇的地方，但最明显的是在快速太阳风诞生的日冕洞的边界
当日冕洞穿过太阳，在较慢的太阳风流下滑行时，来自较慢太阳风的脚点就变成了一个快速风源
快速的太阳风紧随其后
最终，强风超过了较慢的风，使磁力线倒转，形成一个转向
施瓦德龙认为日冕洞和太阳风源穿过太阳的运动也是一个关键的难题
他认为，日冕洞前缘的重新连接可以解释为什么转向倾向于以与太阳自转一致的方式“曲折”
“事实上，这些以这种特殊的方式定向告诉我们一些非常基本的东西，”施瓦德龙说
虽然它始于太阳，但施瓦德龙和麦科马斯认为，这些重新连接的气流只会在太阳风中发生转向，在太阳风中，太阳的磁力线足够灵活，可以自行折回
随着帕克太阳探测器越来越靠近太阳，科学家们将急切地寻找支持——或揭穿——他们理论的线索
“有不同的想法在流传，”赞克说
“最终会有结果的
"
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