遠離太陽表面的日冕,為什麼反而會更熱


12月
04
2019

終於破解太陽磁波60年之謎!貝爾法斯特女王大學的一名科學家帶領一個國際團隊取得了開創性發現,即為什麼太陽的電磁波在從表面浮現時會增強和增長,這可能有助於解開太陽日冕如何保持數百萬華氏度溫度的謎團。60多年來,對太陽的觀察表明,當電磁波離開太陽內部時,它們的強度會增加,但到目前為止,還沒有確鑿的觀測證據來解釋為什麼會出現這種情況。日冕的高溫也一直是個謎,通常離熱源越近,感覺就越暖和。

然而,這與發生在太陽上的情況正好相反,太陽的外層比其表面的熱源更熱。很長一段時間以來,科學家們一直認為,磁波將能量從太陽巨大的內部能量儲存庫(由核聚變提供動力)輸送到其大氣層外部區域。因此,了解磁波是如何產生並在整個太陽中傳播的,對研究人員來說非常重要。該小組包括來自五個國家的13名科學家和11個研究所,其中包括埃克塞特大學、諾森比亞大學、歐洲航天局、西班牙天體物理學研究所,挪威奧斯陸大學、義大利航天局和美國加州州立大學北嶺分校等。

專家們組成了一個名為「低層太陽大氣波(WaLSA)」的聯盟來進行這項研究,並使用美國國家科學基金會位於新墨西哥州的鄧恩太陽望遠鏡先進高解析度觀測來研究這些波。貝爾法斯特女王大學數學和物理學院的大衛·傑斯博士領導了該專家小組並解釋說:這種對磁波動的新理解可能有助於科學家揭開,為什麼太陽外層比其表面更熱謎題中缺失的一塊。通過將太陽的光分解成基本顏色,能夠檢查其大氣中周期表中某些元素的行為,包括矽(形成於太陽表面附近),鈣和氦(形成於色球中,波放大最明顯)。

元素變化使得太陽等離子體的速度得以揭示,它們發展的時間尺度是基準的,這使得太陽波動頻率可以被記錄下來。這類似於一個複雜的音樂合奏,是如何通過可視化它的樂譜來解構成基本音符和頻率。然後,研究小組使用超級計算機通過模擬來分析數據,發現波的放大過程可以歸因於「聲波諧振器」的形成,在這種諧振器中,太陽表面和外部日冕之間溫度的顯著變化,創造了部分反射的邊界,並起到了俘獲波的作用,使它們得以加強並顯著增強強度。

同時還發現,諧振腔的厚度(顯著的溫度變化之間的距離)是控制檢測到波動特徵的主要因素之一。研究發現的效果類似於聲學吉他,如何通過中空體的形狀改變它發出的聲音。如果想到這個類比,就可以看到在太陽中捕獲的波,如何在離開其表面並向外層和外部移動時增長和變化。圍繞太陽電磁波奧秘的大門,這項新研究提供了一個新的理解,這是解釋日冕加熱問題的關鍵一步,距離太陽表面幾千公里的溫度比熱源本身更熱。


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