采取前所未有的观看“中央发动机”，供电巨大的太阳耀斑

2017年9月10日在极端紫外线（NASA的太阳能动力学天文台）和微波（红色到蓝色的灰度背景）观察大型太阳耀斑（灰度背景），通过扩展的欧文谷太阳能阵列观察到的频率增加。浅橙色曲线是来自匹配的理论太阳爆发耀斑模型的磁场线。喇叭口由扭曲的磁通绳爆发驱动（由一束颜色曲线说明）。在整个中央区域观察到微波来源，其中大规模的重新连接电流表 - 耀斑的“中央发动机” - 所在并用于测量其物理性质。

国际研究团队在太阳耀斑的“中央发动机”内部展示了一个新的外观，伴随着爆发，揭示了一种巨大的电流“纸张”，提供了表征磁场的第一测量。

在一项研究中发表的天文学，一支国际研究人员在2017年9月10日首次捕获的大型太阳耀斑的“中央发动机”内部展示了一个新的，详细的外观，伴随着欧文斯谷太阳能阵列（eovsa） - 由新泽西理工学院（NJIT）的太阳能陆地研究中心（CSTR）负责运营的太阳能电台望远镜设施。

基于Eovsa对微波波长的事件的观察的新发现提供了第一次测量，其特征在于爆炸心脏的磁场和粒子。结果揭示了一种巨大的电流“片材”，通过芯喇叭形区域伸展超过40,000公里，其中相反的磁场线彼此接近，破裂和重新连接，产生强烈的能量动力。

值得注意的是，该团队的测量还表明位于闪光的环形基部顶部（称为喇叭口拱门）顶部的磁性瓶状结构，其高度在太阳表面上方近20,000公里。该结构，团队建议，很可能是耀斑的高度充电能电子被捕获并加速到几乎光速的主要网站。

研究人员称，该研究的新洞察力进入中央发动机，推动这种强大的爆发，可以帮助未来的空间天气预报从太阳能耀斑的潜在灾难性能源释放 - 太阳能系统最强大的爆炸，能够严重扰乱地球上的技术，如卫星操作，GPS等技术导航和通信系统，其中许多其他人。

“这项研究的主要目标之一是更好地了解太阳爆发的基本物理学，”本文的领先作者和NJIT的物理学教授。“已经暂时建议通过重新连接电流张力突然释放磁能负责这些主要爆发，但是没有测量​​其磁性。通过这项研究，我们最终首次测量了当前纸张磁场的细节，让我们对太阳主要耀斑的中央发动机进行了新的了解。“

“在太阳耀斑中存储和释放所有能量的地方，直到现在。… 从宇宙学中扮演一个术语，它是Sun的“黑暗能源问题”，之前我们必须间接地推断出耀斑的磁性重新连接表，“NJIT和合作社的eovsa总监Dale Gary说纸。“Eovsa在许多微波频率下制作的图像显示，我们可以捕捉无线电排放来照亮这个重要地区。一旦我们有数据，以及由共同作者格雷戈里·弗什斯卡曼和凝胶NITA创建的分析工具，我们就可以开始分析辐射来实现这些测量。“

今年早些时候在学刊中，该团队报告了它最终能够在火炬点火后直接提供不断变化的磁场强度的定量测量。

继续进行调查，该团队的最新分析组合在Astrophysics / Harvard＆Smithsonian（CFA）中心进​​行的数值模拟，具有Eovsa的光谱成像观察和多波长数据跨越无线电波到X射线 - 从X8.2大小的太阳耀斑收集。耀斑是在过去的11年太阳能循环发生的第二大才能发生的快速冠状大气循环（CME），该冠状物流（CME）在上部太阳能电晕中推动了大规模的冲击。

在这项研究中，研究人员发现，沿着Flare的当前表的磁场的测量轮廓具有与团队数值模拟的密切相关的预测，这是基于用于解释太阳耀斑物理学的知名理论模型，首先提出20世纪90年代具有分析形式。

“它让我们感到惊讶的是，当前纸张的测量磁场轮廓美妙地匹配了几十年前的理论预测，”陈说。

“太阳磁场的力在喷发过程中在加速等离子体中起着关键作用。我们的模型用于计算这种喷发过程中磁力的物理学，这表明作为磁场线的高度扭曲的“绳索”，或磁通绳，“CFA和研究共同作者的天体物理学家” 。“显着的是，这种复杂的过程可以通过直接的分析模型捕获，并且预测和测量的磁场匹配得很好。”

由CFA的Chengcai Shen执行的模拟，以在数值上解决了用于量化在整个耀斑磁场中导电等离子体的行为的控制方程。通过应用称为“自适应网格细化”的高级计算技术，该团队能够在超细空间尺度下捕获其详细的物理到100公里以下。

“我们的仿真结果在太阳喷发过程中匹配了磁场配置的理论预测，并从该特定耀斑再现一组可观察特征，包括磁力强度和围绕重新连接电流片的流入/外流，”Zhen注意。

令人震惊的测量

该团队的测量和匹配的仿真结果表明，耀斑的当前片材具有电场，可以产生令人震惊的4,000伏每米。这种强电场存在于40,000公里的区域上，大于并排放置在一起的三个地球的长度。

分析还显示出大量的磁能，以每秒10-1000亿万亿（1022-1023）焦耳的估计速度泵入当前纸张 - 即在闪光发动机内处理的能量量每秒，相当于爆炸在爆炸中释放的总能量，同时爆炸大约一十万枚最强大的氢炸弹（50兆顿级）。

“当前纸张的这种巨大的能量释放是令人兴奋的。产生的强电场可以很容易地加速电子以相对相关的能量，但我们发现的意外事实是当前纸张区域中的电场轮廓与我们测量的相对论电子的空间分布不一致，“陈说。“换句话说，别的东西必须在游戏中加速或重定向这些电子。我们的数据显示的是当前纸张底部的特殊位置 - 磁瓶 - 在生产或限制相对论电子时似乎是至关重要的。“

“虽然当前纸张似乎是能量被释放以获得球轧制的地方，但大多数电子加速度似乎在该另一个位置发生在磁瓶中。… 在一些实验室融合反应堆中，正在开发类似的磁瓶是为了限制和加速颗粒。“增加了加里。“其他人在太阳耀斑之前提出了这样的结构，但我们现在可以真正看到它的数字。”

在整个五分钟发射的持续时间内观察到在磁瓶中聚集在磁瓶中大约99％的闪光相对论电子。

目前，陈表示，本集团将能够将这些新测量作为比较基线来研究其他太阳耀斑事件，并探讨通过结合新的观测，数值模拟和先进理论来加速粒子的确切机制。由于Eovsa的突破性能力，最近选择了NJIT参加NASA / NSF驱动科学中心合作的纽斯/ NSF在太阳耀斑能源释放（求助）。

“我们的目标是从他们的发起，直到他们最终向太阳风中喷出高度充电的颗粒，最终进入地球的空间环境，”我们的目标是完全了解太阳耀斑，直到他们进入了地球的空间环境中，“大学物理学教授Jim Drake说在没有参与这项研究的情况下的马里兰州和普拉夫的主要调查员。“这些第一个观察已经表明，相对论电子可能被捕获在作为电晕'重新连接'的磁场产生的大磁性瓶中，以释放它们的能量。… Eovsa观察将继续帮助我们解开磁场如何驱动这些能量电子。“

陈说：“进一步研究磁瓶在粒子加速和运输中的作用将需要更先进的建模来比较，”陈说。“在那里肯定有巨大的前景，让我们研究解决这些基本问题。”

参考：“沿着太阳耀斑当前表的磁场和相对论电子的测量”通过箱，成都沉，戴尔E. Gary，Katharine K.Reeves，Gregory D. Fleishman，Sijie Yu，Fan Gu，SämKrucker，朱林，林林M. NITA和湘江港，2020年7月27日，自然天文学.DOI：
10.1038 / S41550-020-1147-7