首張完整日冕磁場圖誕生!藉助新測量手段,太陽活動和噴發事件將更...

2021-01-18 前瞻網
首張完整日冕磁場圖誕生！藉助新測量手段，太陽活動和噴發事件將更「有跡可循」
 Evelyn Zhang • 2020-08-08 09:49:26　來源：前瞻網　E1704G0

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利用對日冕的近紅外觀測，可以描繪出太陽外層大氣的扭曲、不斷變化、難以捉摸的磁場。

最近，一個由太陽物理學家組成的國際小組首次測量了太陽大氣層最外層——日冕——的全球磁場，為日冕磁場測量這一世紀難題的解決提供了一個新的有效途徑。

（圖源：Science）

該團隊包括來自中國北京大學和美國國家大氣研究中心(NCAR)的研究人員，以及來自泰恩紐卡斯爾諾森比亞大學的學者們。研究人員利用日冕多通道偏振儀(CoMP)進行觀測，以測量來自太陽大氣的紅外輻射。他們的研究最新發表在《科學》（Science）雜誌上。

太陽是一顆磁化恆星，它的磁場在形成太陽大氣中起著關鍵作用。磁場控制著太陽活動的許多方面，導致了11年的太陽周期。在壯觀的太陽爆發時刻，日冕中的熱氣體(等離子體)升溫到數百萬攝氏度。

日冕是太陽大氣層的最外層，它由一個熾熱且高度擴散的等離子暈組成，在恆星燃燒表面上方延伸數千公裡。在貫穿整個太陽大氣的強磁場的約束下，日冕在直接影響地球和更大的太陽系的太陽活動中扮演著關鍵的角色。

人們普遍認為，這個區域的高動態磁場強烈地影響著太陽大氣的許多複雜物理過程。然而，與太陽表面磁場不同的是，日冕磁場的有意義的觀測是有限的，要獲得直接的測量是有挑戰性的。

磁場會穿過太陽大氣層的不同層，這意味著需要關於整個大氣層磁場的信息，才能理解太陽等離子體和磁場之間的相互作用。可惜的是——此前，太陽磁場的常規測量只能在我們的恆星表面(太陽的光球層)進行。

雖然第一次測量太陽磁場已經過去了100多年，但人類仍然沒有對太陽大氣上層的磁場，特別是日冕獲得精確的了解。

20多年前，人們提出了一種稱為磁震學（magnetoseismology）的技術來測量日冕中的磁場。這種方法利用了被稱為阿爾芬波(Alfvén waves)的電磁波，這種電磁波被觀察到沿著磁場傳播。

在最新的研究中，研究人員們利用日冕多通道偏振計(CoMP)獨特的近紅外成像光譜觀測，來確定日冕中的電子密度和磁鈴動力波速。結合這些測量結果，他們獲得了整個可觀測日冕的磁場圖。結果表明，成像光譜可以用來確定日冕磁場。

在這一過程中，他們提出基於日冕中普遍存在的磁流體橫波，來測量日冕磁場，並將過去局限於部分區域的波動追蹤方法拓展到整個視場範圍，從而獲得這些波動傳播速度的全球性分布。之後，他們利用1074.7nm和1079.8nm譜線輻射強度之比對密度敏感的特性，得到了日冕等離子體密度的全球性分布。

儘管作者報告說，這項技術不能應用於受太陽爆發或其他大規模暫態磁場中斷影響的地區，但它可以用來繪製與太陽表面類似的常規磁場圖。這項進展也將有助於增進對太陽活動周期以及太陽噴發事件的認識。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

參考來源：https://phys.org/news/2020-08-global-magnetic-field-solar-corona.html

https://eurekalert.org/pub_releases/2020-08/aaft-nmm080320.php

https://www.deccanherald.com/science-and-environment/way-to-measure-magnetic-field-of-solar-corona-found-870453.html

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