多个航天器讲述了一个巨大太阳风暴的故事
2021年4月17日，对太阳来说是平凡的一天，直到一道明亮的光闪爆发，巨大的太阳物质云从我们的恒星中喷涌而出。太阳的这种爆发并不罕见，但这一次的爆发范围异常广泛，它以接近光速的速度抛射高速质子和电子，击中了内太阳系多个航天器。
实际上，这是第一次观察到如此高速的质子和电子——被称为太阳高能粒子（SEPs）——在太阳和地球之间的五个不同、相隔甚远的位置，以及绕火星轨道运行的航天器上被观测到。现在，对这场太阳风暴的多角度观测表明，不同类型的潜在危险SEPs可以由不同的太阳现象产生以不同的方向喷射到太空，导致它们变得广泛分布。
2021年4月17日，日地关系天文台（STEREO）的一艘航天器拍摄到了这样一幅画面：一次日冕物质抛射正从太阳（它被中心的黑色圆盘覆盖，以便更好地观测周围的特征）喷涌而出。了解更多。
影像来源：NASA/STEREO-A/COR2
“SEPs可能会损害我们的技术，如卫星，并且扰乱GPS。”芬兰图尔库大学物理与天文学系的尼娜·德雷辛（Nina Dresing）说。“此外，处于太空中的人类，甚至是飞行在极地航线上的飞机上的人，也可能在强SEP事件中遭受有害辐射。”
像德雷辛这样的科学家急于找出这些粒子的确切来源——以及是什么推动它们达到如此高的速度——以更好地学习如何保护人类和技术免受伤害。德雷辛领导了一个科学家团队，该团队分析了每个航天器何时以及被哪些粒子击中。该团队在《天文与天体物理学》杂志上发表了其研究结果。
目前，欧洲航天局（ESA）和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）联合发射的BepiColombo航天器正在前往水星的途中，它距离爆炸的直接射击线最近，受到最强烈的粒子冲击。同时，NASA的帕克太阳探测器和ESA的太阳轨道器分别位于耀斑的两侧，但帕克太阳探测器离太阳更近，所以它比太阳轨道器受到的打击更大。接下来是NASA的两个日地关系天文台（STEREO）之一STEREO-a，然后是NASA/ESA的太阳与日光层观测台探测器（SOHO）以及NASA的Wind航天器，它们更靠近地球并远离爆发。环绕火星轨道的是NASA的MAVEN和ESA的火星快车（Mars Express）航天器，它们是最后感知到此次事件粒子的航天器。
此图展示了2021年4月17日太阳爆发期间各个航天器的位置以及地球和火星的位置。太阳位于中心。黑色箭头显示了最初太阳耀斑的方向。几个航天器在太阳周围210度的范围内（蓝色阴影区域）探测到了太阳能粒子（SEPs）。
影像来源：Solar-MACH
总体而言，这些粒子在太阳周围近三分之二的空间内，即210度经度范围内被探测到——这比太阳爆发通常覆盖的角度要宽得多。此外，每个航天器在其位置记录了不同的电子和质子洪流。不同航天器记录的粒子到达时间和特性的差异帮助科学家拼凑出何时以及在何种条件下SEPs被喷射到太空中。
这些线索让德雷辛的团队推测，SEPs并非由单一来源一次性爆发出来，而是可能由不同类型的太阳喷发在不同的时间和不同的方向推动。
“多个来源可能导致了这一事件的广泛分布。”团队成员、位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的太阳物理学研究科学家乔治亚·德·诺尔福（Georgia de Nolfo）说。“此外，对于这一事件，质子和电子可能来自不同的来源。”
团队得出结论，电子可能由最初的光闪——一次太阳耀斑——迅速推向太空，而质子则可能由太阳物质云或日冕物质抛射产生的冲击波更慢地推动。
“这并不是人们第一次推测电子和质子有不同的加速来源。”德·诺尔福说。“这次测量独特之处在于，多个视角使科学家能够更好地区分不同的过程，确认电子和质子可能源自不同的过程。”
除了耀斑和日冕物质抛射，航天器在事件期间还记录了来自太阳的四组无线电爆发，这可能伴随着四个不同方向的不同粒子爆发。这一观测有助于解释粒子如何变得如此广泛分布。
“我们有不同的明显粒子注入事件——它们进入了截然不同的方向——所有这些事件共同导致了该事件的广泛分布。”德雷辛说。
“这一事件能够展示多个视角在解开事件复杂性中的重要性。”德·诺尔福说。
这些结果展示了未来NASA太阳物理学任务的前景，这些任务将使用多个航天器来研究广泛的现象，如地球空间动力学星座（GDC）、SunRISE、PUNCH和HelioSwarm。虽然单一航天器可以揭示局部条件，但不同位置轨道的多个航天器提供了更深入的科学见解，并提供了关于太空及地球周围发生的事情的更完整画面。
它还预演了未来任务将要完成的工作，如MUSE、IMAP和ESCAPADE，这些任务将研究爆炸性太阳事件和粒子进入太阳系的加速过程。
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