終極難題?為何太陽(yáng)的大氣層比其表面更熱?這是個(gè)重要的問題
你好!奧莉維亞,這是個(gè)好問題,事實(shí)上,這是個(gè)全世界很多科學(xué)家都在致力于研究的問題。

真正的答案是——我們并不知道!但對(duì)于太陽(yáng)大氣層中的熱量從哪里來,我們略知一二,這與太陽(yáng)的磁場(chǎng)有很大關(guān)系,讓我來解釋它的意思吧。
太陽(yáng)的每個(gè)角落都在產(chǎn)生熱量,太陽(yáng)核心的溫度高達(dá)2.7億攝氏度,遠(yuǎn)離它溫度則越來越低,就像人遠(yuǎn)離火源感受到的一樣。

太陽(yáng)表面的溫度大約是6000攝氏度,比太陽(yáng)核心的溫度低得多。并且,在太陽(yáng)表面以外一段距離內(nèi),溫度繼續(xù)降低。
但在超出太陽(yáng)表面之外的一段距離,進(jìn)入太陽(yáng)大氣層后,溫度瞬間超過一億攝氏度!所以一定有什么東西在對(duì)太陽(yáng)大氣層的溫度產(chǎn)生影響,但發(fā)現(xiàn)它并不輕松。

關(guān)鍵在于太陽(yáng)的磁場(chǎng)。專家們的主流看法是太陽(yáng)磁場(chǎng)將太陽(yáng)內(nèi)部的能量穿過太陽(yáng)表面帶到大氣層。
和地球一樣,太陽(yáng)也有它的磁場(chǎng)。我們可以將恒星或行星的磁場(chǎng)想象為連接其磁南磁北的不可見的線。
我們看不到磁場(chǎng),但我們知道它就在那里,因?yàn)槟承┦挛飼?huì)因?yàn)樗拇嬖诋a(chǎn)生反應(yīng),例如在地球上,因?yàn)榕c地球磁場(chǎng)的聯(lián)系,羅盤的指針始終指向北方。

這里你可以看到地球的磁場(chǎng)是怎么延伸到太空并形成閉環(huán),紅色的是地磁北極,白色的是地磁南極。太陽(yáng)磁場(chǎng)同樣有北極和南極,它的磁場(chǎng)與地球不同,看上去較為混亂。在太陽(yáng)表面,磁場(chǎng)線就像是從太陽(yáng)表面伸入大氣層的不停變化的磁環(huán),

如果磁環(huán)相互接觸,就會(huì)造成巨大能量的突然爆炸,大氣層的溫度也因此大幅升高。我們還知道磁場(chǎng)線間有帶來能量的熱浪,這對(duì)大氣層溫度的升高是否也有作用呢?
熱浪與爆炸是否有某種關(guān)聯(lián),或是作為整體看待?測(cè)量太陽(yáng)磁場(chǎng)會(huì)對(duì)我們理解整個(gè)過程有所幫助。

如果我們可以看到太陽(yáng)磁場(chǎng)線,這就是它從太陽(yáng)表面伸入大氣層的樣子。
磁場(chǎng)線是看不到的,但我們依然可以測(cè)量,因?yàn)樗鼈儠?huì)隨著太陽(yáng)光而發(fā)生微小的改變。太陽(yáng)表面非常明亮,因此,觀察到亮度的改變并測(cè)量磁場(chǎng)并不困難。
但是太陽(yáng)的大氣層太過炎熱以至于光線無(wú)法被看到,它發(fā)出的X光是肉眼無(wú)法看到的。即使我們使用特殊的X光望遠(yuǎn)鏡,在太陽(yáng)表面,X光仍舊十分暗淡,大氣層的磁場(chǎng)也就無(wú)法被觀測(cè)到。

好消息是美國(guó)宇航局的最新衛(wèi)星帕克太陽(yáng)探測(cè)器(Parker Solar Probe)正在圍繞靠近太陽(yáng)(但不是太近)的軌道運(yùn)動(dòng),并且將經(jīng)過太陽(yáng)磁場(chǎng)并測(cè)量它。未來五年,我們將會(huì)從它這里得到很多令人興奮的信息。
這些磁場(chǎng)的測(cè)量將會(huì)幫助我們理解為什么太陽(yáng),還有其他恒星的大氣層溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于它們的表面。
帕克太陽(yáng)探測(cè)器大約是一輛車那么大。
相關(guān)知識(shí)
太陽(yáng)(又稱日),是太陽(yáng)系中心的恒星,它幾乎是熱等離子與磁場(chǎng)交織著的一個(gè)理想球體[13][14]。它的直徑大約是1,392,000(1.392×106)公里,相當(dāng)于地球直徑的109.3倍;質(zhì)量大約是2×1030千克(地球的333,000倍),約占太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.86%[15]。從化學(xué)組成來看,太陽(yáng)質(zhì)量的大約四分之三是氫(~73%),剩下的幾乎都是氦(~25%),包括氧、碳、氖、鐵和其他的重元素質(zhì)量少于2%[16]。

太陽(yáng)的恒星光譜分類為G型主序星(G2V)。雖然它以肉眼來看是白色的,但因?yàn)樵诳梢姽獾念l譜中以黃綠色的部分最為強(qiáng)烈,從地球表面觀看時(shí),大氣層的散射使天空成為藍(lán)色,所以它呈現(xiàn)黃色,因而非正式地歸類為“黃矮星”[17][18]。 光譜分類標(biāo)示中的G2表示其表面溫度大約是5778K(5505°C),V則表示太陽(yáng)像其他大多數(shù)的恒星一樣,是一顆主序星,它的能量來自于氫巨變成氦的核聚變反應(yīng),其核心每秒鐘能聚變6.2億噸的氫。

太陽(yáng)一度被天文學(xué)家認(rèn)為是一顆微小平凡的恒星,但因?yàn)殂y河系內(nèi)大部分的恒星都是紅矮星,現(xiàn)在認(rèn)為太陽(yáng)比85%的恒星都要明亮[19][20]。太陽(yáng)的絕對(duì)星等是 +4.83,但是由于其非??拷厍?,因此從地球上看來,它是天空中最亮的天體,視星等達(dá)到?26.74[21][22]。太陽(yáng)高溫的日冕持續(xù)的向太空中拓展,創(chuàng)造的太陽(yáng)風(fēng)延伸到100天文單位遠(yuǎn)的日球?qū)禹敗_@個(gè)太陽(yáng)風(fēng)形成的“氣泡”稱為太陽(yáng)圈,是太陽(yáng)系中最大的連續(xù)結(jié)構(gòu)[23][24]。
BY: Hannah Schunker , David Pontin
FY: 北冥之星
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