太阳"双引擎"揭秘：高能电子释放机制获重大突破

信息来源：
https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250903075244.htm

欧洲航天局太阳轨道飞行器任务取得重大科学发现，成功识别出太阳释放超高速电子的两种截然不同的机制。这项研究基于对300多个高能电子事件的精确观测，为理解太阳粒子加速过程提供了前所未有的清晰图像，同时为改善太空天气预报奠定了坚实基础。

太阳作为太阳系中最强大的粒子加速器，能够将电子加速至接近光速并抛射到宇宙空间。这些被称为"太阳高能电子"的粒子长期以来一直是天体物理学研究的重要课题。然而，科学家们对其产生机制的理解仍存在重要空白，特别是在确定具体源头和传播路径方面。

突破性发现：两种不同的粒子引擎

德国波茨坦莱布尼茨天体物理研究所的首席研究员亚历山大·沃穆特领导的国际团队，通过分析太阳轨道飞行器在2020年11月至2022年12月期间收集的数据，成功将太阳高能电子事件分为两个明确的类别。

2020年11月至2022年12月期间，太阳轨道飞行器观测到超过300次“太阳高能电子”爆发。我们首次清晰地看到了太空中高能电子与其太阳源之间的联系。这些高能电子由两个不同的来源发射：太阳耀斑（蓝点）和日冕物质抛射（红点）。太阳耀斑会释放快速的高能电子爆发，而日冕物质抛射则会缓慢地释放更广阔的高能电子涌流。图片来源：ESA & NASA/太阳轨道飞行器/STIX & EPD

第一类是"冲动型"事件，与太阳耀斑密切相关。太阳耀斑是太阳表面相对较小区域发生的爆发性能量释放现象，能够在极短时间内将大量电子加速到极高能量。这类事件的特点是粒子释放迅速且强度集中，形成尖锐的能量峰值。

第二类是"渐进型"事件，与日冕物质抛射现象相关联。日冕物质抛射是太阳大气层中发生的大规模等离子体和磁场结构喷发，虽然发展过程相对缓慢，但影响范围更为广泛。这类事件产生的高能电子释放持续时间更长，强度分布相对平缓。

沃穆特表示："我们观察到了明显的区别，冲动型事件中的高能电子通过太阳耀斑爆发式地从太阳表面加速离开，而渐进型事件与更广泛的日冕物质抛射有关，在更长时间内释放更广泛的粒子分布。"

距离优势带来观测突破

太阳轨道飞行器的独特轨道设计使其能够比以往任何太阳观测任务都更接近太阳，这一优势对于此次发现至关重要。传统的地球轨道或日地拉格朗日点观测平台由于距离限制，难以获得如此详细和准确的数据。

欧洲航天局研究员劳拉·罗德里格斯-加西亚解释道："只有通过多种仪器在不同太阳距离上观测数百个事件，我们才能识别和理解这两组粒子。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的起源时间和位置。"

这种近距离观测能力使科学家们首次能够追踪高能电子从产生到释放的完整过程，建立了太空中观测现象与太阳表面实际活动之间的直接联系。

解答长期悬而未决的时间延迟之谜

此次研究还解决了太阳物理学中的一个重要谜题：为什么观测到的太阳活动与高能电子在太空中的探测之间经常存在显著的时间延迟，有时甚至长达数小时。

通过在不同距离处的系统性观测，研究团队发现这种延迟既包括粒子在太阳附近的释放延迟，也包括在行星际空间传播过程中的探测延迟。太阳风及其携带的磁场结构对高能电子的传播路径产生复杂影响，导致粒子发生散射、偏转和湍流相互作用。

罗德里格斯-加西亚指出："电子会遇到湍流，向不同方向散射，因此我们无法立即探测到它们。随着距离太阳越来越远，这些效应会逐渐增强。"这一发现不仅加深了对太阳系空间环境的理解，也为改进粒子传播模型提供了重要依据。

太空天气预报的重要意义

两种不同类型的太阳高能电子事件对太空天气产生不同程度的影响，其中与日冕物质抛射相关的渐进型事件通常携带更多高能粒子，对航天器和宇航员构成更大威胁。准确区分这两种机制对于改善太空天气预报系统具有重要价值。

欧洲航天局太阳轨道飞行器项目科学家丹尼尔·穆勒强调："太阳轨道飞行器获得的此类知识将有助于保护未来的航天器，让我们更好地了解威胁宇航员和卫星的太阳高能粒子。"

随着人类航天活动的不断扩展，特别是载人火星任务等长期深空探索计划的推进，准确预测和防护太阳高能粒子事件变得越来越重要。此次研究成果将为开发更加精确的预警系统提供科学基础。

未来太阳观测的发展前景

太阳轨道飞行器任务的成功为未来太阳观测开辟了新的方向。欧洲航天局计划于2031年发射的"守夜"任务将采用革命性的观测策略，首次对太阳进行侧面操作观测，在危险太阳事件到达地球视野之前提前探测。

同时，计划于明年发射的"微笑"号任务将专注研究地球如何应对太阳风暴，探索太阳粒子与地球磁场的相互作用机制。这些任务将与太阳轨道飞行器形成互补的观测网络，为建立更加完善的太阳-地球空间环境监测体系奠定基础。

此次研究成果已发表在《天文学与天体物理学》期刊上，代表了国际科学合作的重要成就。通过欧洲航天局与美国国家航空航天局的密切协作，以及来自多个国家研究机构的共同努力，太阳物理学研究正在迈向新的高度。