太陽上下着100萬度的雨，還吹着慢太陽風！猜猜這場景美不？

　　研究人員梅森此前在尋找日冕雨：由等離子體或帶電氣體組成的巨大球體，這些氣體從太陽的外層大氣滴落回太陽表面。但她希望能在頭盔垂飾中找到它，這是一種100萬英里高的磁環，因其與騎士尖尖的頭盔相似而得名。計算機模擬預測那裏會有日冕雨。對太陽風(從太陽中逸出並進入太空的氣體)的觀測表明，可能正在下雨。如果能找到它，那麼潛在的降雨物理現象將會對太陽外層大氣(被稱爲日冕)比其表面溫度高得多這一有着70年曆史的神祕現象產生重大影響。

　　博科園：但經過將近半年的尋找，梅森就是找不到，梅森說：我們花了很多時間尋找一些最終沒有發生的事情。事實證明，問題不在於她在尋找什麼，而在於她在哪裏尋找。研究結果2019年4月5日發表在《天體物理學》上，梅森和合著者描述了第一次觀測到日冕雨是在一個更小、以前被忽視的太陽磁環中。在錯誤的方向上進行了漫長而曲折探索之後，這些發現在日冕異常加熱和緩慢太陽風的來源之間建立了新的聯繫——這是當今太陽能科學麪臨的最大謎團之一。

　　太陽上怎麼下雨？

　　通過安裝在美國宇航局SDO航天器上的高分辨率望遠鏡觀測到太陽（一個熾熱的等離子體球，充滿了由巨大火球環所追蹤的磁場線）似乎與地球沒有多少物理上的相似之處，但是我們的母星提供了一些有用的指南來分析太陽混亂（其中就有雨）。在地球上，降雨只是更大水循環的一部分，這是一場在熱和引力之間無休止的拉鋸戰。當液態水聚集在地球表面的海洋、湖泊或溪流中時，太陽就會加熱液態水。其中一些蒸發並上升到大氣中，在那裏冷卻並凝結成雲。最終，這些雲變得足夠重，引力變得不可抗拒，在這個過程重新開始之前，水以雨的形式落回地球。

　　而在太陽上，日冕雨也有類似的作用，但不是60度的水，而是100萬度（℃）的等離子體。等離子體是一種帶電氣體，它不像水一樣聚集在一起，而是沿着太陽表面形成的磁環運動，就像軌道上的過山車。在環的腳點，也就是它與太陽表面相連的地方，等離子體被過熱，溫度從幾千華氏度到180多萬華氏度不等。然後，它擴大了迴路，並在遠離熱源的地方聚集到它的峯值。當等離子體冷卻時，它會凝結，重力會把它吸引到循環的腿上，形成日冕雨。梅森一直在尋找頭盔飾帶上的日冕雨，但她去那裏尋找日冕雨的動機更多地是由於這種潛在加熱和冷卻循環，而不是雨本身。

　　梅森用頭盔上的綵帶尋找日冕雨，就像這張圖片左邊的綵帶一樣。這張照片拍攝於1994年的日食期間，從南美拍攝。一個較小的僞流光出現在西翼(圖像右側)。由於它們與騎士的尖頂頭盔相似而得名，頭盔上的流線型延伸到遙遠的太陽微弱的日冕中，當來自太陽明亮表面的光線被遮擋時，它們最容易被看到。圖片：1994 ?pice observatory and Vojtech Ru?in, 2007 Miloslav Druckmüller

　　至少從20世紀90年代中期開始，科學家們就知道頭盔上的流光是慢太陽風的一個來源。慢太陽風是一種相對較慢、密度較大的氣體流，它會從快速移動的太陽中分離出來。但是，對緩慢太陽風氣體的測量顯示，在冷卻和逃離太陽之前，它曾經被加熱到一個極端程度。日冕雨後的加熱和冷卻循環過程，如果是發生在頭盔垂飾內部，將是一個謎。另一個原因與日冕加熱問題有關——太陽外層大氣溫度是其表面溫度的300倍，這是一個謎。令人驚訝的是，模擬顯示，日冕雨只有在循環的最底部加熱時纔會形成。如果一個環流上有日冕降水，那就意味着它的底部10%，或者更少，是日冕加熱發生的地方。雨環提供了一個測量桿，一個確定日冕加熱位置的截止點。

　　在能找到最大的循環中開始搜索（巨大的頭盔鏈）似乎是一個適中的目標，一個能使他們成功機會最大化的目標。研究人員有最適合這項工作的數據：美國宇航局太陽動力學觀測站(SDO)拍攝的照片。但在搜尋工作進行了將近半年之後，梅森仍然沒有在頭盔垂飾上發現一滴雨。然而，她注意到許多她不熟悉的微小磁性結構。梅森說：它們真的很亮，一直吸引着我的目光，當我最終看到它們時，可以肯定它們一次下了幾十個小時的雨。起初，梅森是如此專注於頭盔流光任務，沒有做任何觀察。戈達德的太陽能科學家、論文的合著者尼克爾琳·維爾(Nicholeen Viall)說：

　　日冕雨，就像這張2012年美國宇航局SDO拍攝的電影中所顯示的那樣，有時是在太陽爆發後觀測到。太陽爆發後，與太陽耀斑相關的強烈加熱突然中斷，剩下的等離子體冷卻下來，回落到太陽表面。梅森在尋找日冕雨，它與火山爆發無關，而是由類似地球水循環的加熱和冷卻循環過程引起。圖片：Credits: NASA's Solar Dynamics Observatory/Scientific Visualization Studio/Tom Bridgman, Lead Animator

　　在小組會議上說，從來沒有發現過它——在這些其他結構中一直能看到它，但它們不是頭盔上的綵帶。我說，等等……等一等，你在哪裏看到的？我想以前從來沒有人見過這種事！這些結構不同於頭盔飾帶在幾個方面，但最引人注目的是它們的體型，所以這說明日冕的加熱比我們想象的要侷限得多。雖然這些發現並沒有確切說明日冕是如何被加熱的，但“它們確實降低了日冕加熱可能發生的地方”。發現雨環有3萬英里高，只有她最初尋找一些頭盔飾帶的2%高。雨水凝結了關鍵日冕加熱發生的區域。梅森說：我們仍然不知道到底是什麼在加熱日冕，但是我們知道它一定是在這一層發生的。

　　慢太陽風的新來源

　　但有一部分觀察結果與之前的理論並不相符。根據目前的理解，日冕雨只在封閉的循環中形成，在那裏等離子體可以聚集並冷卻，而沒有任何逃逸途徑。但是當梅森仔細篩選數據時，她發現了一些在開闊的磁力線上形成雨的例子。只有一端固定在太陽上，這些開放磁場線的另一端被送入太空，那裏的等離子體可以逃逸到太陽風中。爲了解釋這一異常現象，梅森和團隊提出了另一種解釋——將這些微小磁性結構上的降雨與慢太陽風的起源聯繫起來。在新解釋中，降雨等離子體以一個閉合的迴路開始它的旅程，但是通過一個稱爲磁重聯過程切換到一個開放的迴路。

　　梅森分析了三次對雨零點拓撲結構(RNTPs)的觀測結果。在這些相對較小磁環中觀測到的日冕雨表明，日冕可能在一個比先前預計的更有限區域內被加熱。圖片：NASA's Solar Dynamics Observatory/Emily Mason

　　這種現象經常發生在太陽上，當一個閉合迴路撞上一個開放的電場線，系統就會重新佈線。突然，閉環上的過熱等離子體發現自己在一條開放的磁場線上，就像一列火車改變了軌道。其中一些等離子體將迅速膨脹、冷卻，並以日冕雨的形式返回太陽。但懷疑，其他部分將會逃脫——形成慢太陽風的一部分。梅森目前正在對這一新解釋進行計算機模擬，但她也希望即將到來的觀測證據能夠證實這一解釋。帕克太陽探測器於2018年發射升空，它比之前的任何航天器都更接近太陽，它可以穿越緩慢的太陽風爆發，而這些太陽風可以追溯到太陽——這可能是梅森的日冕雨事件之一。

　　挖掘數據

　　關於在頭盔垂飾中發現日冕雨？搜索仍在繼續，模擬結果很清楚：雨應該在那裏，也許它太小了，你看不見？但話又說回來，如果梅森找到了她要找的東西，她可能就不會有這個發現了——或者她花了那麼多時間來研究太陽數據的來龍去脈。梅森說：這聽起來很艱難，但說實話，這是我最喜歡的事情；我的意思是，這就是爲什麼我們建造了這樣一個可以拍攝這麼多太陽照片的東西，這樣我們就可以看着它們，然後找出答案。