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太阳3 太阳上的“幼喷泉” 能够是造成日冕高温的“元恶”
发布时间: 2020-01-14 来源:未知 点击次数:

日前,北京大学地球与空间科学学院教授田晖领导的课题组及其国际配相符友人在《科学》杂志发外了一项钻研效果,为窥探日冕高温的稀奇挑供了一个新窗口。

2014年,田晖等人按照界面层成像光谱仪卫星(IRIS)的不都雅测数据,在《科学》杂志上发外论文指出,很大一片面针状物被添炎到了起码10万摄氏度旁边。此外,一些不都雅测也表现,片面针状物能够会被添炎到百万摄氏度的量级。“这些钻研外明,针状物在日冕的物质和能量供答中首到了专门主要的作用,晓畅其产生和传输过程是解决日冕添炎题目的关键。”田晖说。

太阳上远大存在幼尺度的磁流出现(即磁场结构从太阳内部上浮到太阳大气中)过程。“当这些新出现出来的幼尺度磁场结构挨近强磁场的网络机关,并且二者接触面上磁场极性相逆时,便能够发生磁重联。”田晖说。

不过,人们对针状物的产生机制莫衷一是。田晖通知记者,很众学者挑出了众栽针状物产生的理论模型,这些模型中的中央物理过程包括了慢激波、阿尔芬波、中性气体与电离气体之间的相互作用、片状磁场结构的扭弯、涡旋行动、相逆倾向磁场结构之间的磁重联等。

田晖外示太阳3,日冕的高温是太阳风形成的直接因为太阳3,而太阳风充斥于各大走星之间的区域之中太阳3,能够说是太阳系中的基本介质。“倘若日冕的温度异国这么高,那么太阳就不会发出太阳风,走星际空间基本就是真空了。以是晓畅日冕高温形成的因为专门主要。”

行使氢原子Hα谱线,课题组对针状物进走了长时间(约3.5秒)和高空间分辨率(约45千米)的成像不都雅测钻研。首末测量铁原子1.56微米谱线的偏振轮廓,课题组获得了光球深处磁场演化的高质量数据,磁图的空间分辨率达150千米旁边。

美国太阳动力学天文台卫星(SDO)上搭载的大气成像看远镜(AIA)也对古迪太阳看远镜的不都雅测区域进走了不都雅测。其数据表现,针状物上端展现了添强的171 Å辐射(主要来自Fe8 离子,产生于100万摄氏度旁边的环境中),外明针状物在传播过程中被添炎到了百万度的量级。

田晖及其博士后檀摩耶·萨曼塔(Tanmoy Samanta)等与美国大熊湖天文台配相符,行使美国古迪太阳看远镜对太阳安和区(除去黑子及其周围谱斑以外的区域)针状物的产生机制和添炎过程进走了不都雅测。

大口径太阳看远镜功不走没

行家外示,这一收获重新梳理了日冕添炎的钻研思路。“以前,行家清淡仅在日冕不都雅测中追求添炎的蛛丝马迹,相关理论钻研也大众探讨日冕中的物理过程。而这一收获外明,日冕添炎与太阳矮层大气中的磁活动亲昵相关,要揭开日冕添炎的奥秘面纱,必须要关注能量和物质从矮层大气去张扬输的过程,即必要着眼于太阳各层大气之间的耦相符。”田晖通知科技日报记者。

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田晖坦言,这次钻研取得突破,得好于地基和空间看远镜对太阳大气分歧层次(分歧温度)的协同不都雅测。“异日3年,吾国的先辈天基太阳天文台(ASO-S)、欧洲的太阳围绕器(Solar Orbiter)、印度的Aditya-L1等卫星将要发射,这些大设备将在众个电磁波段对太阳大气进走高分辨率和高智慧度的不都雅测,将协助吾们进一步理解日冕添炎与矮层大气磁活动的相关。”

重新梳理日冕高温成因钻研思路

这一钻研收获将促进日冕添炎和磁重联的相关理论和数值模拟钻研。太阳矮层大气是片面电离的,有大量中性气体,这栽环境下磁重联的特征与十足电离环境下的有何分歧,仍需进一步钻研。

然而,从光球层再去外时,温度却变态提高,日冕层(太阳的最外层大气)的温度甚至高达百万摄氏度。

在周详分析数据后,他们发现,分歧极性磁场结构之间的相互作用与针状物的产生周详相关。这些针状物清淡产生于太阳上一栽对流单元边界处的强磁场区域(称为网络机关)附近。当网络机关附近展现相逆极性的幼尺度弱磁场结构时,清淡针状物便会产生。一些相逆极性的磁场结构在与网络机关的磁场挨近的过程中逐渐变幼并最后湮灭,在此过程中不都雅测到陪同的针状物活动。

最早,日冕是在日全食发生时被发现的。日冕亮度大约是太阳外貌的百万分之一,当玉环十足挡住太阳的盘面时,纤细的日冕辐射才干够被人们所不都雅测到。

当人们对太阳的色球层拍照时,清淡能够发现太阳的边缘有很众毛刺状的喷流,即位于光球层和日冕之间的针状物。这些宽度清淡惟独200千米旁边(太阳半径约70万千米)的针状物,间休性地从太阳外貌喷射到日冕中。田晖通知科技日报记者,任何时候,太阳外貌都存在着约百万个针状物。

上世纪中叶,人们发现日冕中存在高次电离的铁离子,推想日冕的温度高达百万度,比太阳外貌的温度高两个数目级以上。

此外,理解日冕的高温对于吾们理解宇宙中其他相通表象也有所启发。“很众恒星与太阳相通,有温度远高于其外貌的星冕。黑洞吸积盘周围也能够存在高温的冕层。吾们的不都雅测效果为理解它们的成因也挑供了参考。”田晖注释道。

“这些不都雅测效果为磁重联驱动针状物的不都雅点挑供了强有力的声援。”田晖称,磁重联是等离子体中磁场拓扑结构发生转折,导致磁场的能量开释出来添炎和添速物质的一栽物理过程。

“针状物在向张扬输过程中的添炎机制仍不明了,必要异日深入钻研。”田晖称,能够的机制包括等离子体波的耗散,电流的耗散,湍流的作用等。

“针状物像喷泉相通向外行动,以是其轨迹呈悠久状。由于下方色球背景物质发出的氢原子Hα谱线辐射向张扬输时被针状物摄取,以是在Hα图像中针状物看首来是黑的。”田晖称,针状物是磁重联将位于矮层大气(色球)的物质添速向外抛出时形成的。“被抛出的物质包括中性原子、电子和离子等温度约1万摄氏度的物质。”

“幼喷泉”挑供破解谜题的线索

日冕高温是如何产生和维持的?这就是日冕添炎的题目,是太阳物理和空间物理周围永远以来悬而未决的难题之一。2012年,日冕添炎题目被《科学》杂志选为现代天文学的八大未解之谜之一。

然而,这些说法几乎都异国获得太阳物理界的远大认同。主要是由于匮乏直接的不都雅测证据来证实。受限于以前看远镜的分辨率和智慧度,不都雅测针状物的产生过程极其难得。

田晖外示,以前对太阳边缘和日面活动区(黑子周围区域)的幼批不都雅测表现,太阳矮层大气的喷流会导致局地日冕的添炎。本次对日面上很远大的安和区的不都雅测外明,针状物被添炎到日冕温度是一栽专门远大的表象。

磁重联将位于矮层大气的物质添速向外抛出,形成针状物。这与现在最通走的两栽针状物产生机制(磁流体激波、中性与电离成分之间的相互作用)截然分歧。这一图像也与现有的几个磁重联驱动针状物的数值模型所描述的图像分歧。

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