美國宇航局探空火箭，在太陽大氣中，發現僅次於氫的氦分布結構

2020-08-09 博科園

氦是宇宙中僅次於氫的第二豐富元素，但科學家們不確定太陽大氣中到底有多少氦，因為太陽那裡很難測量。知道太陽大氣中氦的數量，對於理解太陽風的起源和加速很重要，太陽風是從太陽源源不斷的帶電粒子流。早在2009年，美國宇航局（NASA）啟動了一項探空火箭探測研究，以測量延伸太陽大氣中的氦，這是人類第一次收集到完整的太陽全球地圖。

現在發表在《自然·天文學》期刊上的一項項研究成果，正在幫助我們更好地了太空環境。以前，當太陽風到達地球時，當測量太陽風中氦和氫的比率時，觀測發現比率比預期的要低得多。科學家們懷疑，丟失的氦可能留在了太陽最外層的大氣層日冕層中，或者可能留在了更深的一層。弄清這種現象是如何發生的，是理解太陽風是如何加速的關鍵。

為了測量大氣中氦和氫的含量，美國宇航局日冕和日球層的氦共振散射（Herschel）探空火箭拍攝了太陽日冕圖像。探空火箭的觀測表明，氦並不均勻地分布在太陽日冕周圍。赤道地區幾乎沒有氦，而中緯度地區最多。與歐空局/美國宇航局的太陽和日球層天文臺(SOHO)的圖像相比，科學家們能夠顯示出中緯度的豐度與太陽磁力線向太陽系開放的位置重疊。這表明氦氫比與日冕中的磁場和太陽風速度有很強的關係。

太陽大氣的氦分布結構

測量氦豐度較低的赤道地區與地球附近太陽風的測量結果相符，這表明太陽大氣比科學家想像的更有活力。Herschel探空火箭的觀測增加了一系列研究，試圖了解太陽風慢成分的來源。Herschel遠程研究太陽風加速區域的元素組成，這可以與對太陽系更內部的測量（如帕克太陽探測器）一起進行分析。雖然太陽熱量足以驅動最輕的元素（電離氫質子）以超音速風的形式逃離太陽。

但其他物理原因必須幫助推動重元素(如氦)的加速，因此，了解太陽大氣中的元素豐度，為我們試圖了解太陽風是如何加速的完整故事提供了額外信息。未來，科學家們計劃進行更多的觀測來解釋豐度差異，兩臺新儀器：歐空局/美國宇航局太陽軌道器METIS和EUI，能夠進行類似的太陽全球豐度測量，並將幫助提供有關日冕中氦比率的新信息。研究對第二大豐度元素氦的太陽豐度了解主要依靠模型和通過日震觀測進行的間接測量。

因為對太陽大氣中氦的實際測量非常稀少，由於氦的高第一電離勢，在光球層無法直接測量到它的豐度，而在內冕中對其豐度的測量也是零星的。由於氦豐度在空間上的顯著變化，He+日冕的形態與H日冕明顯不同。觀測結果表明，氦豐度受大尺度日冕磁場結構的影響和調製，在太陽平靜時，赤道區的氦幾乎全部枯竭。這項測量提供了追溯到2009年太陽-地球拉格朗日點L1日球層異常緩慢太陽風的日冕源，當時太陽活動周期第23周異常持久。

博科園｜研究/來自：美國宇航局戈達德太空飛行中心

參考期刊《自然天文》

DOI: 10.1038/s41550-020-1156-6

博科園｜科學、科技、科研、科普

相關焦點

  • 美國宇航局探空火箭,在太陽大氣中,發現僅次於氫的氦分布結構!
    氦是宇宙中僅次於氫的第二豐富元素，但科學家們不確定太陽大氣中到底有多少氦，因為太陽那裡很難測量。知道太陽大氣中氦的數量，對於理解太陽風的起源和加速很重要，太陽風是從太陽源源不斷的帶電粒子流。早在2009年，美國宇航局（NASA）啟動了一項探空火箭探測研究，以測量延伸太陽大氣中的氦，這是人類第一次收集到完整的太陽全球地圖。
  • 最新發現！大量氦存在於天王星和海王星的地幔中
    科技日報記者 吳長鋒記者從中科院合肥研究院獲悉，該院固體所計算物理團隊王賢龍研究員與江蘇師範大學李印威教授合作，採用第一性原理方法、基於粒子群優化算法的全局結構搜索方法和分子動力學方法研究了高壓下氨-氦化合物的物性，預測了系列穩定的氨-氦高壓化合物，指出氦並不像人們普遍認為的只能夠存在於天王星和海王星的大氣中，也可能大量存在於其上地幔中。
  • 最新發現!大量氦存在於天王星和海王星的地幔中
    科技日報記者 吳長鋒記者從中科院合肥研究院獲悉，該院固體所計算物理團隊王賢龍研究員與江蘇師範大學李印威教授合作，採用第一性原理方法、基於粒子群優化算法的全局結構搜索方法和分子動力學方法研究了高壓下氨-氦化合物的物性，
  • [視頻]科學家在巨蟹座55E大氣中首次發現大量氫、碳和氦
    結果顯示，這顆星球大氣富含氫、碳和氦物質，這給了科學家研究這顆星球形成和演化過程以一個重要線索。這裡我們談論的是在2004年被發現的巨蟹座55E。據悉，巨蟹座55E的質量為地球的8倍，直徑為地球的2倍。
  • 月壤中氦-3的分布、儲量和開發前景
    ，特別是氦-3（3He）是月球重要的核燃料資源。那麼，3He到底在月壤中的分布狀況如何？它的開發前景怎樣？3He等稀有氣體在不同顆粒大小的月壤中的分布也不同。粒離小於90μm的顆粒含量最高。一般地，月壤細粒粉末中稀有氣體的含量隨粒度的增大而減少。
  • 科學家們是怎麼知道太陽主要由氫和氦組成的?
    相信大家對於太陽的組成都已經瞭然於胸，太陽是一個由以氫和氦元素為主要組成的氣體星球，內部在高溫高壓下持續發生著核聚變反應，向外源源不斷釋放著光和熱。而在100多年以前，人們對太陽的內部結構以及物質組成還處於未知的狀態，那麼後來科學家們是通過什麼方法得到其主要組成物質是氫和氦這樣的結論的呢？我們可以先從宇宙的起源方面著手，在理論上看看宇宙空間的物質組成情況。
  • 為什麼氦如此重要?氦是150年前發現的
    150年前法國天文學家Jules Janssen在一次日全食中首次發現了稀有氣體——氦氣。他將氦命名為「helios」，因為當時地球上還沒有發現氦。這種高解析度MRI圖像在沒有氦冷卻磁鐵情況下是不可能的。
  • 曾拯救太空人的「太陽物質」氦和關於它的那些事
    Frankland認為這種物質是太陽上的元素，在地球上還沒有發現過，因此定名為「氦」（法文為hélium，英文為helium），源自希臘語ήλιος，意為「太陽」。我把這事告訴了克魯克斯，直到星期六早晨，克魯克斯發來電報告訴我：從釩鈾礦中分離出的氣體，為氬和氦兩神氣體的混和物。」至此這種之前只能被人們仰視的太陽元素，終於在地球被製備並且發現了。
  • 曾拯救太空人的「太陽物質」氦和關於它的那些事
    發現過程152年前的1868年8月18日，法國天文學家讓桑赴印度觀察日全食，當他利用分光鏡觀察日珥光譜時，他發現一條新的深黃色的譜線，與鈉光譜的D1和D2線接近。日蝕後，他同樣在太陽光譜中觀察到這條黃線，當時稱為D3線。1868年10月20日，英國天文學家洛克耶也發現了這樣的一條黃線。
  • 化學元素氦的發現和應用
    氦的發現1.1 氦的發現1868年08月18日，法國天文學家Pierre Jules César Janssen觀察日全食過程中發現了一條波長為587.49nm的新譜線。Joseph Norman Lockyer也發現了同樣的譜線，因為這是在太陽中發現的新元素，他和英國化學家Edward Frankland一起將這個元素以希臘神話中的太陽神Helios命名為Helium。
  • 關於太陽,你所不知道的十個冷知識
    2.太陽主要由氫和氦構成。 太陽中所含的不同的元素中，氫佔其質量的74%，氦佔24%。剩下的2%包括微量的鐵、鎳、氧，以及太陽系中的其他一些元素。簡而言之，太陽系主要由氫和氦組成。 3.太陽非常明亮。
  • 科學網—研究發現宇宙最早期恆星僅包含氫氦兩種元素
    天文學家發現，銀河系南方一顆昏暗的恆星事實上只由氫和氦兩種元素組成
  • 宇宙中最初的氫和氦
    銀河系的總質量更是太陽質量的一萬億倍，而銀河系也只不過是可觀測宇宙範圍內的一粒塵埃。    由此可見，宇宙的總質量更是一個我們無法想像的數字，看到這裡很多人要問了，宇宙中的這些龐大的物質是如何來的？其實它們的來歷跟恆星有著密切的關係。恆星相當於宇宙元素的提煉加工廠，它是宇宙誕生後不久就出現了。
  • 十個關於太陽的有趣知識
    事實是，太陽的質量佔太陽系質量的99.8%，那剩下的0.2%大部分來自木星。所以地球的質量只佔據太陽系中極其微小的一部分，我們在太陽系中真的微不足道。 2. 太陽主要由氫和氦組成如果你能分解太陽，把它的各種元素堆積起來，你會發現它74%的質量來自氫，24%是氦。
  • 十個關於太陽的有趣知識
    事實是，太陽的質量佔太陽系質量的99.8%，那剩下的0.2%大部分來自木星。所以地球的質量只佔據太陽系中極其微小的一部分，我們在太陽系中真的微不足道。 2. 太陽主要由氫和氦組成 如果你能分解太陽，把它的各種元素堆積起來，你會發現它74%的質量來自氫，24%是氦。剩下的2%包含了微量的鐵、鎳、氧以及太陽系所擁有的其他元素。
  • 百科 | 第一個在地球以外發現的元素——氦
    究其原因，主要還是氦原子內部結構所決定的，因為它已經達到了核外電子數為2的穩定排布，已經能夠自給自足、自得其樂了，根本不需要再與其他原子或原子團糾纏，自己就能獨立穩定地存在，何樂而不為呢。氦氣的英文為Helium，來源於希臘文，原意是「太陽」。1868年，法國的詹森利用分光鏡觀察太陽表面時，發現一種新的黃色譜線，通過眾多科學家的研究和觀察，才找到的一種屬於太陽上的未知元素，於是把它命名為Helium，元素符號定為He。
  • 重磅：在太陽大氣中發現奇異物質！
    在太陽大氣中發現奇異物質，來自愛爾蘭和法國的科學家2019年5月24日宣布了一項關於物質在太陽大氣極端條件下行為的重大新發現。科學家們在美國宇航局太空飛行器上使用大型射電望遠鏡和紫外線照相機，以更好地理解這種奇特但人們知之甚少的「第四種物質狀態」。這種物質被稱為等離子體，它可能是開發地球上安全、清潔和高效核能發電機的關鍵，其研究結果發表在《自然通訊》上。
  • 木星大氣新發現:約佔木星總質量1%
    木星大氣層是太陽系內最大的行星大氣層 ，主要由和太陽的比例大致相同的氫分子和氦構成，其他的化學成分，包括甲烷、氨、硫化氫和水只有很少的數量。
  • 美國宇航局發現大量新太陽黑子 太陽或進入活動增加期
    【CNMO新聞】據外媒BGR消息，NASA（美國宇航局）最近發現了一批新的太陽黑子和太陽耀斑，這可能表明太陽正進入活動增加的時期。NASA在新的博客文章中解釋說，新發現的太陽耀斑並不是特別大，並且沒有在NOAA（美國國家海洋和大氣管理局）的太空天氣預報中心進行註冊，但是NASA用自己的硬體設施檢測到了它們。