太陽大氣為何溫度超高？

2020-12-09 科技工作者

IRIS任務捕捉到的太陽圖像顯示低位等離子環被激發時的最新細節，這或可揭示高溫日冕的形成秘密。

為什麼太陽大氣比太陽表面溫度高數百萬度？這一謎題由來已久。地球軌道界面區域成像光譜儀（IRIS）和大氣成像組件（AIA）拍攝的圖像表明，太陽上低位的磁環已被加熱到數百萬開氏度。

在《自然·天文學》雜誌近日刊發的一篇論文中，美國萊斯大學、科羅拉多大學博爾德分校和美國航天航空局（NASA）馬歇爾太空飛行中心的研究人員稱，太陽風中發現的新現象或許能幫助科學家們解謎。

研究人員認為，較重的離子（如矽）在太陽風和太陽色球層與日冕之間的過渡區域中會被優先加熱。其中被磁化的等離子弧會不斷地形成環狀結構，長期以來，人們一直認為它們隱藏著以納米耀斑形式釋放出能量脈衝的磁力驅動機制。

在新研究中，研究人員對環狀結構中的「亮斑」進行描述，這些亮斑包含氧元素及重矽離子的強光譜特徵。利用IRIS圖像，他們可以檢測出零星的超熱等離子體，並揭示過渡區域中環結構的細節——通過讀取作為化學「指紋」的光譜線來分析環內離子的運動和溫度。

圖像表明，熱點光譜中的譜線因熱效應和都卜勒效應而變寬，在熱點處，含有矽離子的噴流以每秒100公裡的速度向觀察者(虹膜)移動(藍移)並離開(紅移)；較輕的氧離子則沒有檢測到都卜勒頻移。矽離子溫度高於氧離子。

儘管過渡區域只有約1萬華氏度，但環結構也受到了太陽表面對流現象的影響——構成環結構的磁線被扭曲、「編織」在一起，提升了磁場能量，並最終導致等離子體升溫。在這一過程中，等離子體束的磁場斷裂，並在「編織」部位重新連接後進入較低的能量狀態，釋放出儲存的磁場能量，導致離子體變得過熱。

萊斯大學太陽物理學家Stephen Bradshaw說：「我們發現矽離子的光譜線比氧離子寬得多。這表明矽離子將被優先加熱。我們想了想，發現了一個叫作『離子迴旋加熱』的動力學過程，相較於輕離子，它傾向於優先加熱重離子。」

離子迴旋波在重連點產生。由較重離子攜帶的波更容易受到「不穩定性」的影響，這種不穩定性會導致波「破裂」並產生湍流，從而使離子散射，充滿能量。這擴大了離子的光譜線。「在太陽風中，重離子溫度也明顯比輕離子更高。」

研究人員認為，他們揭示的太陽風及過渡區域性質對於解決太陽溫度之謎至關重要，但欲知全貌，還需要進一步探索。

編譯：朱明逸 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊來源：《自然·天文學》

期刊編號： 2397-3366

原文連結：https://phys.org/news/2020-12-scientists-lowdown-sun-super-hot-atmosphere.html

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