科學家們第一次觀測到太陽由內部向大氣轉換能量

2021-01-20 宇宙解碼

    從地球上不可能得知這一點;但太陽的外部大氣層比它的表面熱幾百倍——這是一個長期存在的謎題,天體物理學家們已經研究了數年,直到我們才剛剛有了答案。


    科學家此前曾提出,從太陽內部向上射出的被稱為針狀物的太陽等離子體射流是造成熱效應的原因。這項最新研究首次直接觀察到了這一過程。


    這項新的發現向我們展示了太陽表面的磁場逆轉和重新排列,針狀物形成的過程。


    磁場能量被轉換為動能和熱能,然後被傳遞給針狀物,使它們能夠向上穿過色球層,到達太陽大氣的最外層——日冕層。



太陽針狀物的多層視角圖(新澤西理工學院)


    天文學家們此前已經通過精確的電腦模擬驗證過太陽的磁場張力引發針狀物的理論,現在,利用大熊湖太陽天文臺的天文望遠鏡提出的高解析度的圖像,他們得以看到這種運動的發生。


    新澤西理工學院的太陽物理學家曹文達表示:「來自大熊湖太陽天文臺(BBSO)的古德太陽望遠鏡的前所未有的高解析度的觀察清楚地表明,當極性相反的磁場在太陽的低層大氣中重新接觸時,這些等離子流將被猛烈的噴射出來。」


    這些射流相當可觀,寬度大約為200-500千米(124-311英裡),且在斷裂前能達到上千米的高度,同時可以100千米(62英裡)每秒的速度運動。


    研究者們還使用了由美國宇航局太陽動力天文臺太空飛行器在極端紫外線(EUV)光譜中捕獲的圖像,來測量能量是如何在太陽大氣層的上層中轉化的。


這些圖像證實了這些針狀物的溫度可能達到約100萬攝氏度(180萬華氏度)。高能量的爆發足以將日冕層加熱到科學家記錄過的高溫。


    以上所有這些決定性的數據收集的關鍵,是BBSO提供的高解析度圖片,它提供了以前從未有過的詳細信息。隨著我們的太空觀測技術的進步,更多的發現將會接踵而至。


    曹:「這是我們第一次發現了這些針狀物產生的確切證據。」


    「我們已經跟蹤了H-alpha譜線(氫的一條可見的紅色發射譜線)中的這些動態特徵,一直到它們的垂足,測量了垂足的磁場,捕獲了動態磁性元素的遷移,並驗證了它們與相反極性的現有磁場的相互作用。」



    對於太陽的漩渦,易揮發的磁力球和等離子球,我們仍有很多地方需要去探索。但是科學家們正在逐步揭開它們神秘的面紗——甚至可能已在地球上以較小的比例建立太陽模型這樣的形式研究。


    雖然這一項新的研究不足以全面證明針狀物正在升高日冕層的溫度,但為了得出這樣的結論需要更多的研究和觀察,因此我們現在比以前更好地了解了針狀物及其循環。



    研究人員在發表的論文中寫道:「我們對針狀物形成,其隨後的加熱以及回流過程的觀察展示出了色球與電暈之間的完整質量循環過程。」


相關知識:

    在太陽物理學中,一個針狀物是在太陽色球中直徑約500公裡的等離子動力射流。它們旋轉覆蓋約1%的太陽表面。它們從光球層以約20 km / s的速度向上移動,並且每隔幾分鐘就移動一次。它們是在1877年由安吉洛·塞基(Angelo Secchi)發現的,但產生它們的物理機制仍在爭論中。


    太陽針狀物持續約15分鐘;出現在太陽分支上(如果在盤狀物上看到,則稱為``斑點''或``纖維'')。它們通常與高磁通量區域相關,質量通量約為太陽風的100倍,以20 km / s(或72,000 km / h)的速度上升,並且在緩緩消逝前可以達到幾千公裡的高度。

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