關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
這是一個困擾太陽物理學家數十年的問題:為什麼太陽大氣層的外層,即距離產生熱量的核心最遠的區域,比低層大氣和太陽表面都熱?
人們提出了各種解釋,從聲波或磁波在太陽高層大氣或日冕中消散,到被稱為納耀斑的短時間能量爆發,這些爆發是由於日冕中纏繞的磁場線重新連線而產生的。現在,新一代太陽觀測航天器的觀測結果表明,存在一種不同的機制,可以透過不斷地將熱電離氣體或等離子體輸送到高層大氣,為日冕提供大部分熱量。
研究人員發現,從太陽色球層或低層大氣中向上噴射的被稱為針狀體的短時等離子體噴泉似乎在將日冕加熱到數百萬開爾文的灼熱溫度方面發揮了作用。該小組的研究基於美國宇航局於 2010 年發射的新太陽動力學天文臺和日本的 Hinode 航天器(於 2006 年開始服役)的觀測結果。這兩個太陽觀測站都能夠每隔幾秒鐘拍攝太陽的詳細影像,這是識別瞬時或快速變化現象所需的快速時間觀測。
針狀體持續時間僅約 100 秒,以每秒約 50 至 100 公里的速度從色球層向上噴射。正如該研究的主要作者、加利福尼亞州帕洛阿爾託的洛克希德·馬丁太陽和天體物理實驗室的巴特·德龐蒂厄所指出的那樣,這速度足以在大約三分鐘內從舊金山到達倫敦。(德龐蒂厄在接受採訪時即將登上前往倫敦的飛機,他指出他的旅程將需要令人失望的 10 個小時,而不是針狀體般的快速。)德龐蒂厄和他在洛克希德·馬丁公司、科羅拉多州博爾德市國家大氣研究中心以及挪威奧斯陸大學的同事在 1 月 7 日出版的《科學》雜誌上報告了他們的發現。
針狀體在與溫度遠低於日冕(數萬開爾文)相關的波長中明亮地顯示出來。在這些溫度下的等離子體以噴流的形式從色球層升起,然後又落回表面。但是,針狀體在位置和發生時間上也與其他波長的耀斑有關,這些耀斑表明日冕中的等離子體溫度至少為 100 萬至 200 萬開爾文。因此,當較熱的等離子體向日冕上升時,似乎有些東西將針狀體等離子體加熱到極高的溫度。
這些噴泉持續時間僅幾分鐘,但研究人員估計,它們發生的頻率足以潛在地解釋日冕的大部分熱量。“有如此多的物質被帶到那裡,你只需要其中的一小部分達到日冕溫度就能發揮重要作用,”德龐蒂厄說。
倫敦大學學院穆拉德空間科學實驗室的太陽物理學家肯尼斯·菲利普斯說,這項新工作“非常有趣”。他補充說,“它可能會為太陽日冕的加熱提供長期尋求的動力,但過去也有類似的關於此的令人興奮的論文。”菲利普斯說,針狀體似乎與足以使日冕保持溫暖的加熱事件相關,這讓人感到樂觀。
從根本上講,仍然不清楚針狀體等離子體是如何被加熱到其極端溫度的,並且現有模型不易描述產生針狀體的機制。“我們真的不知道這是如何工作的,”德龐蒂厄承認。“如果我們能弄清楚這些東西是如何形成的,那麼我們就將對太陽大氣層的工作原理了解很多。”
美國宇航局戈達德太空飛行中心(位於馬里蘭州格林貝爾特)的詹姆斯·克利姆丘克說,儘管針狀體在太陽的某些區域似乎確實是很重要的現象,但時間會證明它們是否在全球範圍內輸送足夠的熱等離子體,以不斷地為日冕補充熱量。克利姆丘克稱這些新的觀測結果“非常令人興奮”,但他指出,他自己對針狀體提供多少熱等離子體的初步計算為其他更傳統的日冕加熱模式留下了很大的空間。
就他而言,德龐蒂厄發出了類似的警告,即日冕溫度的長期問題尚未最終解決。“我認為重要的是要指出,我們尚未解決日冕加熱問題,但我們提供了這個難題的一部分,”他說。“我們將在未來看到這是否被證明是一個主導過程,或者僅僅是一個貢獻因素。”