每個月幾次——有時更多，有時更少——太陽表面會發生爆炸，釋放的能量相當於數百萬顆氫彈。
儘管這個數字令人難以置信，但這巨大的能量輸出無法解釋這些爆炸噴出的物質是如何加速到接近光速的。這就像期望用高爾夫球車的發動機來驅動法拉利一樣。
在一項新的研究中，研究人員首次揭開了這些太陽爆發的內部機制，特別針對加速超高速粒子的物理過程。[2015年最大的太陽耀斑和太陽風暴照片]
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太陽上的爆炸
目前有18個美國宇航局的太空任務致力於研究我們最近的恆星及其對太陽系的影響。其中一些衛星幾乎不停地直接盯著太陽，提供太陽翻騰、攪動表面的24/7影像流。
當太陽爆發發生時，這些衛星還會看到被稱為太陽耀斑的令人難以置信的明亮閃光。有時，爆發還會將一團極熱且帶電的氣體（稱為等離子體）拋入太空。被噴出的等離子體被稱為日冕物質拋射，簡稱CME。
據美國宇航局稱，一次太陽爆炸釋放的能量大致相當於“數百萬顆100兆噸氫彈”所產生的能量，其中一百兆噸相當於一億公噸TNT。
雖然這聽起來確實令人印象深刻，但很難想象如此巨大的東西。理解這些事件巨大本質的最佳方法可能是考慮一下美國宇航局拍攝的顯示特別巨大的CME的影像。為了比較，將地球的快照（按比例）放置在這個巨大的火焰帶旁邊。在這個火焰噴射器的路徑上，地球看起來像一朵雛菊。
根據美國宇航局戈達德太空飛行中心的影片，日冕物質拋射的移動速度約為每小時100萬英里（每小時160萬公里）。但戈達德的太陽天體物理學家 C. Alex Young 表示，有史以來記錄的能量最強的日冕物質拋射之一的粒子速度超過了每小時700萬英里（每小時1120萬公里）。然而，Young 表示，這些是太陽爆發期間產生的所謂的“較慢”的粒子。
“快速”粒子，通常稱為太陽高能粒子（不屬於日冕物質拋射的一部分），其速度接近光速——每小時6.7億英里（每小時10.79億公里）。這比日冕物質拋射中的粒子快100多倍。
這些超高速粒子可以在太陽和太陽風層探測衛星(SOHO)上的大角度分光日冕儀實驗(LASCO)拍攝的影片中看到。LASCO 阻擋了太陽的光線，以便它可以觀察日冕物質拋射噴出的物質。在這些影片中，在看到物質雲離開表面後幾秒鐘，螢幕上充滿了白色靜態斑點，有時會完全遮擋住恆星的視線。這些是與探測器碰撞的超高速粒子。其他太陽衛星也可以看到類似的靜態風暴。靜態看起來像雪，這很貼切，因為這些和類似的太陽事件被稱為“太陽天氣”。（這些影片是加快時間的；實際上，超高速粒子仍然需要大約10到15分鐘才能到達衛星的探測器，Young 說。）
但 Young 表示，即使是太陽爆炸的巨大力量也不足以解釋能量的這種增長。那麼這些粒子是如何如此快速地運動起來的？ [太陽耀斑與日冕物質拋射 - 有什麼區別？| 影片]
快得驚人
當一架飛機突破聲障——實際上超過了在它前面傳播的聲波時——它會產生衝擊波和震耳欲聾的音爆。音爆證明衝擊波是一種能量來源。
哈佛-史密森天體物理中心的研究員 Bin Chen 是一篇新研究論文的主要作者，該論文首次提供了可靠的觀測證據，證明太陽爆發期間釋放的超高速粒子是由一種稱為“終端衝擊”的靜止衝擊波加速的。
太陽爆發的有趣元素之一是，與地球上的大多數爆炸不同，它們不是化學驅動的。相反，這些陽光炸彈是由磁能的快速釋放引爆的。使磁鐵粘在冰箱上或使指南針指標指向北方的力量也是造成這些大量光和物質噴發的原因。
當太陽磁場線斷裂並在表面附近迅速重新連線時，就會發生產生太陽耀斑和日冕物質拋射的太陽爆發。在爆炸期間，等離子體被拋入太空，但其他等離子體以極快的速度回到表面，在那裡它們撞擊更多的磁場環——有點像瀑布撞擊池塘表面。在碰撞點，帶電等離子體中形成了終端衝擊。
“穿過 [終端] 衝擊的帶電粒子可以從衝擊中吸收能量，並變得越來越快。這就是衝擊加速的原理，”Bin 告訴 Space.com。
Chen 和他的合著者在 2012 年 3 月 3 日的太陽耀斑期間，使用新墨西哥州的卡爾·G·詹斯基甚大陣列(VLA) 發現了這種終端衝擊的證據。最近升級的望遠鏡有兩個好處。首先，它檢測無線電波，這意味著它不會被太陽耀斑期間發出的最亮的閃光所淹沒。但是，觀察太陽耀斑的無線電頻率確實會揭示由終端衝擊加速的粒子。
其次，望遠鏡可以有效地每秒拍攝大約 40,000 張影像。它透過同時捕獲數千個無線電頻率來實現這一點。然後將這些頻率分離成單獨的“影像”。Chen 告訴 Space.com，為了看到終端衝擊的實際作用，有必要在 20 分鐘內收集如此多的影像。
“因此，如果你進行數學計算，你需要數百萬張影像才能提取資訊，”Chen 說。“這是升級後的 VLA 提供的新功能。”
Chen 表示，新發現並不一定意味著終端衝擊是加速所有太陽耀斑中粒子的原因。他說，他和他的同事希望進行進一步的觀察，以找出這種情況是否發生在所有衝擊中，還是僅發生在其中一部分衝擊中。
多年來，終端衝擊解釋一直是“標準”太陽耀斑理論的一部分，但沒有“令人信服”的觀測證據來支援它，Chen 說。陳的評論得到了史密森天體物理天文臺高階天體物理學家愛德華·德盧卡的證實，該天文臺是哈佛-史密森天體物理中心的一部分（德盧卡與陳在同一部門工作，但沒有參與這項新研究。）
“[新結果] 表明我們正在朝著正確的方向發展標準耀斑模型，”德盧卡說。
注意強大的粒子
所有研究太陽的美國宇航局衛星不僅在努力創造令人著迷的影像；他們還在那裡幫助保護地球。太陽耀斑和日冕物質拋射對地球構成危害。它們噴出的粒子會損壞衛星和太陽能電池板，並可能對在國際空間站、月球或火星外進行太空行走的宇航員構成嚴重威脅。
它們甚至會導致地面上的電網出現浪湧。 1989 年，一次日冕物質拋射導致加拿大整個魁北克省停電。[太陽的憤怒：歷史上最嚴重的太陽風暴]
超高速粒子尤其令人擔憂，因為它們的高速意味著它們可以穿透比“較慢”粒子更多的材料層。當這些粒子穿透固態裝置時，它們會引起“位翻轉”——這不僅會損壞裝置，還會改變裝置的功能。
“如果該位的微小翻轉意味著一個通常說‘繼續拍攝太陽快照’的計算機命令，而是說‘關閉航天器’，那就不好了，”Young 說。“因此，很多時候，如果發生大型粒子事件，航天器操作員通常會將他們的航天器置於所謂的‘安全模式’。”
那個反應必須迅速發生。光線從太陽傳播到地球需要 8 分鐘，因此太陽高能粒子可以在大約 10 到 20 分鐘內到達軌道衛星，楊說。日冕物質拋射會留出更多一點的時間，但延遲的反應可能意味著嚴重的後果。
因此，科學家們正在努力更好地預測太陽耀斑和日冕物質拋射何時發生以及它們的強度。
德盧卡表示，對終端激波的新理解很可能不會立即用於改進太陽爆發的預測。但它是太陽耀斑謎題的一部分，他說它將被納入“下一代”太陽天氣技術和預測技術中。這是幫助人類度過太陽風暴的又一步。
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