太陽(yáng) “營(yíng)火”推動(dòng)日冕的神奇加熱

太陽(yáng)最奇怪的現(xiàn)象之一可能是由表面的 “營(yíng)火”引起。

圖注：太陽(yáng)“營(yíng)火”的演變和計(jì)算機(jī)模擬的磁場(chǎng)區(qū)域（圖片來(lái)源：Chen等人）

由歐洲空間局（ESA）和美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）聯(lián)合研制的太陽(yáng)探測(cè)器在去年的研究中聲明，日冕高溫可能是由被稱為“營(yíng)火”的微型太陽(yáng)耀斑驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生。太陽(yáng)大氣層，尤其是日冕層的溫度，困擾了科學(xué)家數(shù)十載。大氣層一直向外延伸數(shù)百萬(wàn)公里，達(dá)到不可思議的超高溫170萬(wàn)華氏度（100萬(wàn)攝氏度），相比之下，太陽(yáng)表層是“宜人的”9900華氏度（5500攝氏度）。這種差異是不符合邏輯的，因?yàn)樵诮^大多數(shù)情況下，接近熱源的物質(zhì)溫度更高?？茖W(xué)家們認(rèn)為一定有某種未知機(jī)理在起作用。

現(xiàn)如今，一項(xiàng)新研究表明，微型太陽(yáng)耀斑釋放出的能量足以維持日冕的超高溫。該研究在歐洲地球科學(xué)聯(lián)盟大會(huì)上發(fā)表，并被《天文學(xué)和天體物理》雜志接收發(fā)表。

研究采用電腦模擬太陽(yáng)釋放出的能量，希望能夠產(chǎn)生類(lèi)似于現(xiàn)實(shí)儀器測(cè)量的耀斑。德國(guó)馬克斯·普朗克太陽(yáng)系研究所的哈迪·彼得教授在歐洲空間局（ESA）發(fā)布的一份聲明中表示，我們團(tuán)隊(duì)運(yùn)行了模擬系統(tǒng)，可以看到與環(huán)日軌道器觀測(cè)的“營(yíng)火”一般規(guī)模的明亮區(qū)域。隨后科學(xué)家們進(jìn)一步調(diào)查了其中七個(gè)最亮的模擬“營(yíng)火”的磁場(chǎng)擾動(dòng)現(xiàn)象。

哈迪說(shuō)模型描繪了磁場(chǎng)線，隨時(shí)間的推移，可以看到明亮域內(nèi)和周?chē)艌?chǎng)的變化。他補(bǔ)充說(shuō)，追蹤這些磁感線表明，一個(gè)被稱作“重聯(lián)”的過(guò)程似乎正在發(fā)生。科學(xué)家們假設(shè)磁重聯(lián)會(huì)觸發(fā)大規(guī)模太陽(yáng)耀斑以及日冕物質(zhì)拋射。這種太陽(yáng)表面的可視化擾動(dòng)產(chǎn)生于兩條反向磁場(chǎng)線破壞和重聯(lián)過(guò)程，并釋放出了巨大的能量。北京大學(xué)博士生、ESA聲明論文的主要作者陳亞杰（Yajie Chen）說(shuō)，我們的模型顯示，組件重聯(lián)過(guò)程中“營(yíng)火”釋放的能量足以維持觀測(cè)的日冕溫度。

圖注：去年ESA-NASA環(huán)日軌道器在第一批圖像中發(fā)現(xiàn)的微型太陽(yáng)耀斑是由磁場(chǎng)重聯(lián)過(guò)程驅(qū)動(dòng)的，這極可能是太陽(yáng)外層大氣被神秘加熱的原因。 （圖片來(lái)源：ESA）

“營(yíng)火”直徑達(dá)250-2500英里（400-4000公里），對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是巨大的，我們熟知的太陽(yáng)耀斑， 是那些在地球上引起磁暴以及美麗的北極光的，而“營(yíng)火”這類(lèi)耀斑是非常微小的，能量可能相當(dāng)于以往耀斑的百萬(wàn)分之一至十億分之一。我們給予“營(yíng)火”極大關(guān)注的原因在于其含量豐富，于2020年6月發(fā)布的第一幅太陽(yáng)軌道探測(cè)的圖片中，科學(xué)家們可以觀察到“營(yíng)火”覆蓋了幾乎整個(gè)太陽(yáng)表面，就像蠟燭般閃爍了十幾秒到幾分鐘。

1980年美國(guó)物理學(xué)家尤金·帕克，也是美國(guó)宇航局帕克太陽(yáng)探測(cè)器的命名來(lái)源者，首次提出了微型太陽(yáng)“營(yíng)火”加熱日冕的論斷。如今哈迪的這項(xiàng)新研究或?qū)⒈砻髋量说南敕ㄊ钦_的?！拔覀兊难芯抗ぷ骱苄疫\(yùn)地建立在此前飛行器采集的數(shù)據(jù)之上，還有好幾十年的理論和模型作為鋪墊”歐空局環(huán)日軌道器探測(cè)項(xiàng)目科學(xué)家丹尼爾?穆勒表示，“我們期待著看到軌道探測(cè)器遺漏的數(shù)據(jù)，以及我們開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)社區(qū)，將有助于破解這些開(kāi)放性問(wèn)題?！?/p>

盡管環(huán)日軌道器還沒(méi)有正式投入科學(xué)應(yīng)用，但現(xiàn)已捕獲的觀測(cè)數(shù)據(jù)是令人印象深刻的，它可以實(shí)現(xiàn)近距離太陽(yáng)圖像拍攝，目前尚處在被稱作“巡航時(shí)期”的驗(yàn)證和軌道調(diào)整階段，預(yù)計(jì)在2021年正式投入對(duì)太陽(yáng)的科學(xué)研究。

揭示日冕的圖像是環(huán)日軌道器于2020年6月在近日點(diǎn)處拍攝，距離太陽(yáng)7700萬(wàn)公里（480萬(wàn)英里），大約是日地平均距離一半的位置，環(huán)日軌道器的控制器將繼續(xù)縮緊環(huán)日軌道，達(dá)到最終距離至4200萬(wàn)公里。相較之下，帕克太陽(yáng)探測(cè)器會(huì)更深入到太陽(yáng)的大氣環(huán)境中，從距離太陽(yáng)表面超過(guò)1000萬(wàn)英里的地方經(jīng)過(guò)。但帕克探測(cè)器并不攜帶用于太陽(yáng)表面成像的相機(jī)，僅對(duì)近太陽(yáng)環(huán)境進(jìn)行其他測(cè)量。

在接下來(lái)的任務(wù)中，操作人員將使環(huán)日軌道器圍繞太陽(yáng)的軌道偏離行星運(yùn)行的黃道平面，使其能夠拍攝到有史以來(lái)第一張恒星兩極的高分辨率圖像?？茖W(xué)家們說(shuō)，研究?jī)蓸O周?chē)幕顒?dòng)將有助于推進(jìn)我們對(duì)太陽(yáng)磁力的理解，并有助于理解是什么驅(qū)動(dòng)著太陽(yáng)周期，即恒星耀斑和太陽(yáng)黑子的周期性漲落。

BY:Tereza Pultarova

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