從太陽出來的「火圈」是什麼?

2021-01-07 老胡說科學

明亮的、彎曲的帶電等離子體結構在太陽表面呈弧形,這是由於其強烈的不規則磁場造成的,被稱為日冕環。

自從人類學會用望遠鏡觀察宇宙的那一刻起,恆星就成了最受歡迎的研究對象之一。太陽是距離地球最近、最完整的生命來源,它成為研究的主要對象,因此我們有必要儘可能準確地了解它的性質。

我們很快意識到,地面望遠鏡無法完全擺脫地球塵埃大氣的模糊影響。那麼將望遠鏡發射到太空是一個明智的選擇,而不是通過圖像處理來消除大氣的影響。

巨大的哈勃望遠鏡(太空望遠鏡,不受大氣影響)為天文學和天體生物學的進步鋪平了道路。隨著這些新技術的進步,我們對太陽的認識比最初要多得多。太陽耀斑、太陽黑子、太陽風和日冕環是其中的一些現象,但如果我們一直在陸地上進行研究,它們就永遠不會被觀測到。

毫無疑問,在太陽大氣中觀察到的一些最有趣的現象是日冕環。

什麼是日冕環?

氫原子不斷地在太陽的核心發生聚變。產生了氦原子的同時不斷地釋放出巨大的能量——每秒3.86 x 10^26焦耳!這種能量使氣體升溫時,它們進入物質的第四階段——等離子體。這種等離子體可以不斷地向外噴射,但奇怪的是,它會向內彎曲。這些明亮的曲線環以弧線的形式出現——日冕環——位於太陽光球層之上。高達5778開爾文的表面溫度使這些日冕環發光。

最有趣的是,這些爆發不是在一系列等離子體中爆發,而是在內部循環,最終回到它們的源頭。

與地球的大小相比,日冕環的平均大小。為什麼日冕環的形狀像一個「環路」

就像地球有一個磁場,它影響著各種生物和地質現象,太陽也有一個磁場,它有一些類似的行為屬性。

太陽的磁場當然是非常強大的,它對我們太陽系的有著重要的影響:從極光(在天空中,接近地球極地區域的壯麗的光顯示),到行星際磁場和電磁輻射,我們的太空飛行器在太陽系旅行時也會受到很大的影響。

磁場線起源於北極的一端(北),並在南極的另一端(南)結束,但與地球上均勻的磁場不同,太陽的磁場是一個糾纏不清的團。這是我們看到日冕等離子體的地方,形成了最奇怪的形狀;這些就是太陽隨機複雜磁場突然出現的地方。

簡單地說,太陽的磁場線可以被看作是一個不可見的路徑,後面跟著出現的等離子體(這就像在交通堵塞時開車,每個人都盲目地跟隨下一個排隊的人)。在南北兩極之間的空間裡,這些環流不斷地從地表噴湧而出。然而,與地球不同的是,這些極點不是地理極點;相反,它們更像是較小的局部磁鐵。通常,這些兩極是在成對的太陽黑子中發現的。

太陽黑子

太陽黑子是太陽光球層表面較暗且相對較冷的區域。太陽黑子的溫度約為3800攝氏度,這是非常高的,但比太陽表面的平均溫度5778K低得多。它們只有在與周圍較亮區域相比較時才顯得暗。

太陽黑子的消失和重新出現在太陽表面相當隨機那麼,這些異常現象是如何起源於太陽的呢?

遺憾的是,這仍然是個謎。到目前為止,研究人員已經指出太陽的磁場是它們形成的原因,因為磁場和熱不能很好地共存。基本上,如果磁鐵被加熱到遠遠超過某一點,它就會失去磁性。這也許就是為什麼地球表面會形成這些較冷區域的原因吧!

然而,太陽黑子也可以看作是蘇打水瓶上的一個蓋子:搖動它,會產生一個大噴發。太陽黑子在強磁場活動的區域更為突出,當能量釋放時,太陽耀斑和日冕物質拋射就會從這些相同的太陽黑子中爆發出來。

太陽黑子是如何影響日冕環的?

現在你對太陽黑子有了更多的了解,從這裡開始就會變得容易一些。人們普遍觀察到,就像磁鐵一樣,太陽黑子成對出現,其中的一條磁力線起源於另一條,並向另一條坍縮。

在觀察太陽黑子時,一個白熾濾光片顯示出日冕環是由太陽黑子對產生和坍縮的。真正值得注意的是它們的磁極。在任何給定的時間點上,存在於同一半球的所有太陽黑子的極性都是相同的。當太陽旋轉時,如果你以某種方式設法觀察一對太陽黑子的磁極性,比如在磁北極,然後所有的主導太陽黑子在該半球的每對太陽黑子中也會有北極。

與此同時,在太陽的另一個半球,情況正好相反。所有主導的太陽黑子都將具有南磁極。磁力線總是從磁北向磁南運動,從而把日冕等離子體拋射拉向那個方向,這就不可避免地形成了一個迴路!

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