每个月几次——有时更多，有时更少——太阳表面会发生爆炸，释放的能量相当于数百万颗氢弹。
尽管这个数字令人难以置信，但这巨大的能量输出无法解释这些爆炸喷出的物质是如何加速到接近光速的。这就像期望用高尔夫球车的发动机来驱动法拉利一样。
在一项新的研究中，研究人员首次揭开了这些太阳爆发的内部机制，特别针对加速超高速粒子的物理过程。[2015年最大的太阳耀斑和太阳风暴照片]
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太阳上的爆炸
目前有18个美国宇航局的太空任务致力于研究我们最近的恒星及其对太阳系的影响。其中一些卫星几乎不停地直接盯着太阳，提供太阳翻腾、搅动表面的24/7图像流。
当太阳爆发发生时，这些卫星还会看到被称为太阳耀斑的令人难以置信的明亮闪光。有时，爆发还会将一团极热且带电的气体（称为等离子体）抛入太空。被喷出的等离子体被称为日冕物质抛射，简称CME。
据美国宇航局称，一次太阳爆炸释放的能量大致相当于“数百万颗100兆吨氢弹”所产生的能量，其中一百兆吨相当于一亿公吨TNT。
虽然这听起来确实令人印象深刻，但很难想象如此巨大的东西。理解这些事件巨大本质的最佳方法可能是考虑一下美国宇航局拍摄的显示特别巨大的CME的图像。为了比较，将地球的快照（按比例）放置在这个巨大的火焰带旁边。在这个火焰喷射器的路径上，地球看起来像一朵雏菊。
根据美国宇航局戈达德太空飞行中心的视频，日冕物质抛射的移动速度约为每小时100万英里（每小时160万公里）。但戈达德的太阳天体物理学家 C. Alex Young 表示，有史以来记录的能量最强的日冕物质抛射之一的粒子速度超过了每小时700万英里（每小时1120万公里）。然而，Young 表示，这些是太阳爆发期间产生的所谓的“较慢”的粒子。
“快速”粒子，通常称为太阳高能粒子（不属于日冕物质抛射的一部分），其速度接近光速——每小时6.7亿英里（每小时10.79亿公里）。这比日冕物质抛射中的粒子快100多倍。
这些超高速粒子可以在太阳和太阳风层探测卫星(SOHO)上的大角度分光日冕仪实验(LASCO)拍摄的视频中看到。LASCO 阻挡了太阳的光线，以便它可以观察日冕物质抛射喷出的物质。在这些视频中，在看到物质云离开表面后几秒钟，屏幕上充满了白色静态斑点，有时会完全遮挡住恒星的视线。这些是与探测器碰撞的超高速粒子。其他太阳卫星也可以看到类似的静态风暴。静态看起来像雪，这很贴切，因为这些和类似的太阳事件被称为“太阳天气”。（这些视频是加快时间的；实际上，超高速粒子仍然需要大约10到15分钟才能到达卫星的探测器，Young 说。）
但 Young 表示，即使是太阳爆炸的巨大力量也不足以解释能量的这种增长。那么这些粒子是如何如此快速地运动起来的？ [太阳耀斑与日冕物质抛射 - 有什么区别？| 视频]
快得惊人
当一架飞机突破声障——实际上超过了在它前面传播的声波时——它会产生冲击波和震耳欲聋的音爆。音爆证明冲击波是一种能量来源。
哈佛-史密森天体物理中心的研究员 Bin Chen 是一篇新研究论文的主要作者，该论文首次提供了可靠的观测证据，证明太阳爆发期间释放的超高速粒子是由一种称为“终端冲击”的静止冲击波加速的。
太阳爆发的有趣元素之一是，与地球上的大多数爆炸不同，它们不是化学驱动的。相反，这些阳光炸弹是由磁能的快速释放引爆的。使磁铁粘在冰箱上或使指南针指针指向北方的力量也是造成这些大量光和物质喷发的原因。
当太阳磁场线断裂并在表面附近迅速重新连接时，就会发生产生太阳耀斑和日冕物质抛射的太阳爆发。在爆炸期间，等离子体被抛入太空，但其他等离子体以极快的速度回到表面，在那里它们撞击更多的磁场环——有点像瀑布撞击池塘表面。在碰撞点，带电等离子体中形成了终端冲击。
“穿过 [终端] 冲击的带电粒子可以从冲击中吸收能量，并变得越来越快。这就是冲击加速的原理，”Bin 告诉 Space.com。
Chen 和他的合著者在 2012 年 3 月 3 日的太阳耀斑期间，使用新墨西哥州的卡尔·G·詹斯基甚大阵列(VLA) 发现了这种终端冲击的证据。最近升级的望远镜有两个好处。首先，它检测无线电波，这意味着它不会被太阳耀斑期间发出的最亮的闪光所淹没。但是，观察太阳耀斑的无线电频率确实会揭示由终端冲击加速的粒子。
其次，望远镜可以有效地每秒拍摄大约 40,000 张图像。它通过同时捕获数千个无线电频率来实现这一点。然后将这些频率分离成单独的“图像”。Chen 告诉 Space.com，为了看到终端冲击的实际作用，有必要在 20 分钟内收集如此多的图像。
“因此，如果你进行数学计算，你需要数百万张图像才能提取信息，”Chen 说。“这是升级后的 VLA 提供的新功能。”
Chen 表示，新发现并不一定意味着终端冲击是加速所有太阳耀斑中粒子的原因。他说，他和他的同事希望进行进一步的观察，以找出这种情况是否发生在所有冲击中，还是仅发生在其中一部分冲击中。
多年来，终端冲击解释一直是“标准”太阳耀斑理论的一部分，但没有“令人信服”的观测证据来支持它，Chen 说。陈的评论得到了史密森天体物理天文台高级天体物理学家爱德华·德卢卡的证实，该天文台是哈佛-史密森天体物理中心的一部分（德卢卡与陈在同一部门工作，但没有参与这项新研究。）
“[新结果] 表明我们正在朝着正确的方向发展标准耀斑模型，”德卢卡说。
注意强大的粒子
所有研究太阳的美国宇航局卫星不仅在努力创造令人着迷的图像；他们还在那里帮助保护地球。太阳耀斑和日冕物质抛射对地球构成危害。它们喷出的粒子会损坏卫星和太阳能电池板，并可能对在国际空间站、月球或火星外进行太空行走的宇航员构成严重威胁。
它们甚至会导致地面上的电网出现浪涌。 1989 年，一次日冕物质抛射导致加拿大整个魁北克省停电。[太阳的愤怒：历史上最严重的太阳风暴]
超高速粒子尤其令人担忧，因为它们的高速意味着它们可以穿透比“较慢”粒子更多的材料层。当这些粒子穿透固态设备时，它们会引起“位翻转”——这不仅会损坏设备，还会改变设备的功能。
“如果该位的微小翻转意味着一个通常说‘继续拍摄太阳快照’的计算机命令，而是说‘关闭航天器’，那就不好了，”Young 说。“因此，很多时候，如果发生大型粒子事件，航天器操作员通常会将他们的航天器置于所谓的‘安全模式’。”
那个反应必须迅速发生。光线从太阳传播到地球需要 8 分钟，因此太阳高能粒子可以在大约 10 到 20 分钟内到达轨道卫星，杨说。日冕物质抛射会留出更多一点的时间，但延迟的反应可能意味着严重的后果。
因此，科学家们正在努力更好地预测太阳耀斑和日冕物质抛射何时发生以及它们的强度。
德卢卡表示，对终端激波的新理解很可能不会立即用于改进太阳爆发的预测。但它是太阳耀斑谜题的一部分，他说它将被纳入“下一代”太阳天气技术和预测技术中。这是帮助人类度过太阳风暴的又一步。
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