太陽的表面,炙熱的日冕,為何溫度會如此之高?

2020-12-03 天文在線

我們手上有一個謎。太陽表面的溫度約為6000開爾文——足夠熱,可以發出明亮的熱白光。但是太陽的表面並不是它的最後一層,就像地球的表面並不是它的最外層一樣。太陽有一個稀薄但廣闊的大氣,稱為日冕。此日冕的溫度高達幾百萬開爾文。

日冕的溫度如何比太陽表面的溫度高?

就像我說的那樣,是個謎。

一個日冕,熱,請

奇怪的是,如果你要通過日冕,你將感覺不到它的熱量。它不僅是薄,而且是非常薄,僅記錄了太陽表面密度的萬億分之一。儘管溫度很高,它是這麼的薄,這意味著構成日冕的小顆粒以令人難以置信的速度四處飛馳,最初只有很少的顆粒,他們幾乎不會擊中你-你甚至都感覺不到炎熱的高溫。

(需要澄清的是,你接近太陽本身的表面肯定是會融化的,但這並不是日冕的錯。)

日冕本身很大,綿延數百萬公裡,使太陽半徑超出它可見表層的兩倍。但同樣,因為它太薄所以很難看到。只有在日全食期間,當月球體完全遮蔽了太陽圓盤時,日冕才顯示出它全部的光輝,並從太陽表面發出的光中發光,反射出構成大氣的細小顆粒。

日冕的詳細檢查顯示出其非常特殊的結構。纖細的絲狀物,長長的環狀物以及類似指紋一樣的螺紋在整個太陽大氣中起舞。因此,很顯然這是一個非常活躍和複雜的地方。這可能為它地獄般高溫提供了線索。

終極力量

太陽只有一種能源,就是核能。在深而緻密的熱核中(具有諷刺意味的是,這是使日冕溫度最佳的唯一位置),巨大的壓力壓倒了氫的自然排斥力,將它們融合在一起形成氦氣。轉換過程中會留下一些物質,因此會釋放出一些能量。

每個單獨的反應僅散發出一點點能量,但無數次的重複該過程,最終你會得到奇妙的,長期的強大能源,為整個太陽系提供數十億年的光。

並且由於它是周圍唯一的能源,因此會以某種方式加熱日冕。

2012年8月31日,美國東部時間下午4點36分,一直懸浮在太陽大氣中的日冕物質長絲噴發到太空中。日冕物質拋射(CME)的速度超過每秒900英裡。CME並沒有直接向地球移動,而是與地球的磁環境或磁氣圈相連接,導致極光在93(周一)晚上出現。上面的圖像包括地球的圖像,顯示了CME的大小與地球的大小的比較。來源:美國國家航空航天局/戈達德宇航中心/ SDO

不難想像為什麼太陽的表面比最裡面的核心冷的多,被稱為光球層。畢竟,那個表面被暴露在外太空堅硬、寒冷令人不寒而慄的真空中,並且被數十萬公裡厚粘稠的等離子體與變暖的地核隔開。

但是那個表面是活躍的,也許比它上面湍流的日冕更活躍。顆粒,太陽黑子,耀斑,大規模噴發,以及很多的氣泡並從太陽混亂的外部噴發,也許在那地獄般的表面隱藏著神秘的日冕高溫來源。

相互作用機制

所以我們有一個相對較冷但非常活躍的太陽表面在熾熱的日冕之下,我們需要一些東西來連接這些活動並將其轉化為熱量。幸運的是,太陽是一個巨大的等離子球,這意味著它是快速移動的帶電粒子的混合物。快速移動的帶電粒子非常擅長形成磁場。

磁場反過來又非常擅長把活動轉化為熱量。

長期以來,人們一直懷疑強磁場在加熱日冕過程中起著重要作用,且派帕克太陽探測器去做更詳細的研究。在一篇論文中,研究人員利用太陽動力學觀測站的數據發現了另外兩種利用磁場加熱日冕的機制。

有時,磁場會自我包裹,形成一條隧道(科幻小說中有個很酷的名字叫通量管)。這些隧道充當了輸送更多磁能的管道,這些磁能以激波和波浪的形式從一個地方傳到另一個地方。比如從太陽表面到日冕層.

有時這些磁場甚至會彼此之間纏繞的很緊,就像一根拉的過長的橡皮筋一樣斷裂,釋放出所有被壓抑的能量。

如果這些通量管和重聯事件發生的頻率足夠高,並提供足夠的能量,它們就可以為日冕提供足夠多的熱量來維持它。這仍然是個懸而未決的問題,但是通過更多的觀察和努力工作,我們可能很快就會對這個奇特的太陽之謎有一個清晰、詳細的了解。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. universetoday-淡水魚

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