天文學家終於揭開:太陽日冕磁場,而且大小至少有4個太陽半徑!

2020-11-27 騰訊網

天文學家一直在努力研究太陽的日冕，日冕是太陽最外層的大氣，可以擴展到星際空間。這種從太陽表面輻射的帶電粒子流被稱為太陽風，並擴展到充滿整個太陽系。日冕性質是太陽複雜磁場的結果，磁場在太陽內部產生並向外延伸。現在天文學家在《天體物理學》期刊上發表了一項新研究，利用日全食觀測來測量日冕磁場的形狀。

空間解析度比以往任何時候都要高，面積也比以往任何時候都大。日全食期間最容易看到日冕，當時月球正好位於地球和太陽之間，擋住了太陽明亮的表面。近幾十年來的重大技術進步，已將大部分重點轉移到地面無法探測到的波長天基觀測上，或轉移到大型地面望遠鏡上，如毛伊島上的丹尼爾·K·井上太陽望遠鏡。儘管取得了這些進展，但日冕的某些方面只能在日全食期間進行研究。這就是為什麼日冕研究專家沙迪亞·哈巴爾(Shadia Habbal)20多年來：

一直帶領一群日食追逐者在日食期間進行科學觀測的原因。所謂的「太陽風夏爾巴人」環遊全球追逐日全食，用飛機、直升機、汽車甚至馬匹運送敏感的科學儀器到達最佳位置。這些日食觀測在揭開定義日冕的物理過程一些秘密方面取得了突破性進展。日全食觀測日冕已經有一個多世紀的歷史了，但在此之前，日食圖像從未被用來量化其磁場結構。研究人員通過將現代圖像處理技術應用於日食數據，將有可能提取更多的信息。

使用一種自動追蹤方法，追蹤了日冕中磁力線的分布模式，該方法適用於過去20年中14次日食期間拍攝的日冕圖像。這一數據為研究太陽兩個11年磁周期中日冕的變化提供了機會。研究發現，日冕磁力線圖案是高度結構化的，從尺寸尺度上可以看到的結構，一直到用於觀測的相機的解析度極限，同時還看到模式隨著時間的推移而變化。為了量化這些變化，研究人員測量了相對於太陽表面的磁場角度。

在太陽活動最少的時期，日冕場幾乎直接從赤道和兩極附近的太陽發出，而在中緯度則以不同的角度發出。另一方面，在太陽活動高峰期，日冕磁場的組織性要差得多，而且更具輻射性。知道太陽周期會有變化，但從未預料到日冕磁場會有多大的延伸和結構。未來的模型將不得不解釋這些特徵，以便完全理解日冕磁場。這些結果挑戰了當前日冕建模中使用的假設，這些假設通常假設日冕磁場的徑向半徑超過2.5個太陽半徑。

相反，新研究發現，日冕場通常是非徑向的，至少有4個太陽半徑。這項研究對太陽研究的其他領域有進一步影響，包括太陽風的形成，太陽風影響地球磁場，並可能對地面產生影響，如停電。這些結果對太陽風的形成特別有用，它表明，關於如何對太陽風的形成進行建模的主導思想並不完整，因此我們預測和防禦空間天氣的能力可以提高。研究團隊已經在計劃下一次日食探險，下一次定於今年12月在南美進行。

博科園｜研究/來自：夏威夷大學馬諾阿分校

研究發表期刊《天體物理學》

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