像洋蔥一樣，在太陽內(nèi)部是分層的，而且熱量傳輸由等離子體流主導(dǎo)

2020-06-05 10:06 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

在太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)是分層的，像洋蔥一樣，在那些溫度與太陽相似的恒星中，核心緊隨其后的外層是輻射區(qū)，在那里，來自恒星內(nèi)部的熱量通過輻射被引向外部。

當(dāng)恒星等離子體變得更冷時，熱量傳輸由等離子體流主導(dǎo)：熱的等離子體從內(nèi)部上升到表面，冷卻，然后再次下沉，這個過程叫做對流。同時，取決于恒星緯度的恒星自轉(zhuǎn)引入了剪切運(yùn)動。

這兩個過程一起扭曲和旋轉(zhuǎn)磁力線，并在尚未完全了解的發(fā)電機(jī)過程中產(chǎn)生恒星復(fù)雜磁場。德國馬克斯·普朗克太陽系研究所(MPS)的Jyri Lehtinen博士在《自然天文學(xué)》期刊上發(fā)表其新研究：不幸的是，我們不能直接觀察太陽和其他恒星來觀察這些過程，而必須求助于更間接的方法。在他們目前的研究中，研究人員一方面比較了不同恒星的活動水平，另一方面比較了它們的旋轉(zhuǎn)和對流特性。

其研究目標(biāo)是確定哪些屬性對活性有很大的影響，這有助于理解恒星內(nèi)部“發(fā)電機(jī)”過程的細(xì)節(jié)。過去已經(jīng)提出了幾種恒星發(fā)電機(jī)的模型，但有兩種主要的范式盛行。其中一種更強(qiáng)調(diào)旋轉(zhuǎn)，只假定對流的細(xì)微影響，而另一種則主要取決于湍流對流。在這種類型的對流中，熾熱的恒星等離子體不會以大規(guī)模、平穩(wěn)的運(yùn)動上升到地表，相反，小規(guī)模的強(qiáng)勁流動占據(jù)主導(dǎo)地位。為了找到這兩種范式中的一種或另一種的證據(jù)，研究人員第一次觀察了224顆截然不同的恒星。

研究樣本既包括主序恒星，也包括年齡更大、演化程度更高的巨型恒星?？梢哉f，主序恒星正處于生命的鼎盛時期，通常情況下，恒星的對流和旋轉(zhuǎn)屬性都會隨著年齡的增長而改變。與主序恒星相比，演化的恒星表現(xiàn)出更厚的對流區(qū)，通常在恒星直徑的大部分范圍內(nèi)擴(kuò)展，有時甚至完全取代輻射區(qū)。這導(dǎo)致對流熱量傳輸?shù)闹苻D(zhuǎn)時間更長，同時，旋轉(zhuǎn)速度通常會減慢。

在研究中，研究人員分析了威爾遜山天文臺獲得的數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集在幾年的時間里記錄了恒星在恒星等離子體中發(fā)現(xiàn)的鈣離子典型波長下的輻射，這些排放不僅與恒星的活動水平有關(guān)，復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理也使得推斷恒星的自轉(zhuǎn)周期成為可能。像太陽一樣，恒星有時會被極高磁場強(qiáng)度的區(qū)域斑駁，也就是所謂的活動區(qū)，這通常與恒星可見表面上的暗點(diǎn)（太陽黑子）有關(guān)。研究小組的負(fù)責(zé)人、芬蘭阿爾托大學(xué)的Maarit K?pyl?教授說：

當(dāng)恒星自轉(zhuǎn)時，這些區(qū)域會進(jìn)入視線，然后離開，從而導(dǎo)致發(fā)射亮度周期性的上升和下降。當(dāng)恒星自轉(zhuǎn)時，這些區(qū)域會進(jìn)入視線，并由此導(dǎo)致發(fā)射亮度的周期性上升和下降。然而，由于恒星排放也可能由于其他影響而波動，識別周期性變化，特別是在長時間內(nèi)是很棘手的。一些恒星顯示出幾百天的自轉(zhuǎn)周期，令人驚訝的是，磁活動水平仍然與其他恒星相似，而且與太陽的磁周期非常均勻。相比之下，太陽的自轉(zhuǎn)速度相當(dāng)快，在太陽赤道的自轉(zhuǎn)周期只有大約25天。

利用恒星結(jié)構(gòu)模型計算了各恒星的對流周轉(zhuǎn)時間，并考慮了各恒星的質(zhì)量、化學(xué)成分和演化階段。天文學(xué)家的分析表明，恒星的活動水平并不像其他基于更小、更均勻樣本（只包括主序星）研究所表明的那樣，只取決于它的自轉(zhuǎn)。相反，只有在考慮對流的情況下，才能以統(tǒng)一的方式理解主序恒星和演化恒星的行為，旋轉(zhuǎn)和對流的共同作用決定了恒星活躍度，其研究結(jié)果有利于發(fā)電機(jī)機(jī)制，包括湍流對流。