太阳物理学家最近有点忙。一批新探测器开始近距离盯着太阳看，数据像开了闸一样涌来。其中一艘叫太阳轨道器（Solar Orbiter）的飞船，碰巧一头扎进了一种叫“磁折返”（switchback）的现象里。一次偶然的穿越，让研究人员第一次把这种磁场结构一路追回了它在太阳日冕里的出生地。

打开网易新闻 查看精彩图片

先说清楚磁折返为什么值得追。太阳表面一直在往外吹一股超音速的带电粒子流，这就是太阳风。现代探测器发现，太阳磁场里那些剧烈的扭折——也就是磁折返——会直接影响这些粒子的流动，进而影响整个太阳系受到的太阳风“照射”程度。换句话说，搞不清磁折返从哪来，就说不清太阳风到底怎么被搅动的。

磁折返存在这件事，其实早就知道了。NASA 的帕克太阳探测器已经观测到大量磁折返。但科学家一直在争论它们究竟在哪里形成，因为这决定了它们如何影响太阳风。两种主流猜测：一种认为它们在深空中由太阳风内部的湍流生成，另一种认为它们诞生于太阳那层异常炽热的日冕。

转机来自一次不期而遇。2022 年 3 月 2 日，太阳轨道器正以大约地球到太阳距离一半的位置穿行。船上的磁强计和粒子传感器开始记录到异常读数，持续了大约一个半小时——它正在穿过一个大型磁折返。按飞船自身速度（约 30-40 公里/秒）和磁折返掠过它的速度（约 450-460 公里/秒）推算，这个磁折返的径向尺寸约为 275 万公里，大约是地月距离的 6 倍，甚至达到太阳半径的 3.5 倍。

数据指向一个结论：太阳轨道器穿过的这团等离子体，曾在超过一百万摄氏度的环境里被“烤”过——最可能就是在太阳极热的日冕中。为了确认，研究团队调取了太阳动力学观测台在同一时段的观测数据，把这团等离子体映射回太阳上一个冕洞附近的闭合磁环。

冕洞是太阳上更暗、更冷的区域，那里的磁力线向行星际空间伸展；而冕环则是两端都锚定在太阳表面的炽热等离子体弧。既然这团等离子体明显形成于闭合磁环，研究人员推断，这个磁折返是由一种叫互换重联的过程抛射出来的。

互换重联发生时，构成磁环一部分的弧遇到一条开放的磁力线，磁力线“啪”地断开，弧被临时打断，然后重新配置到新的位置。在这个过程中，弧里的一部分过热气体被弹射进行星际空间，形成了太阳轨道器穿过的那个磁折返。

听起来挺顺。但团队发现了一个对不上的地方：如果粒子只是被从断裂的磁弧里弹出去，它们应该走直线。可实际上，这些粒子的行为与磁力线同步，呈现出类似阿尔芬波的特征——一种沿磁力线传播的磁波，传播方式有点像机械波沿着吉他弦跑。

所以磁折返的诞生没那么简单：它不只是从断裂磁弧里被甩进太空，一旦发射出去，还受其组成等离子体的波动动力学支配。理解这种“混合”行为，是太阳物理学认识上的一大步。关于太阳日冕，我们不知道的还有很多，但新仪器带来的数据和发现，正源源不断地到来。