跟隨環(huán)日軌道器，走進(jìn)太陽營火，竟是日冕高溫元兇？

太陽 “營火”推動日冕的神奇加熱

太陽最奇怪的現(xiàn)象之一可能是由表面的 “營火”引起。

圖注：太陽“營火”的演變和計(jì)算機(jī)模擬的磁場區(qū)域（圖片來源：Chen等人）

由空間局（ESA）和國家航空航天局（NASA）聯(lián)合研制的太陽探測器在去年的研究中聲明，日冕高溫可能是由被稱為“營火”的微型太陽耀斑驅(qū)動產(chǎn)生。太陽大氣層，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)百萬公里，達(dá)到不可思議的超高溫170萬華氏度（100萬攝氏度），相比之下，太陽表層是“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。科學(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，微型太陽耀斑釋放出的能量足以維持日冕的超高溫。該研究在地球科學(xué)聯(lián)盟大會上發(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釋放出的能量，希望能夠產(chǎn)生類似于現(xiàn)實(shí)儀器測量的耀斑。德國馬克斯·普朗克太陽系研究所的哈迪·彼得教授在空間局（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)日軌道器觀測的“營火”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“營火”的磁場擾動現(xiàn)象。

哈迪說模型描繪了磁場線，隨時(shí)間的推移，可以看到明亮域內(nèi)和周圍磁場的變化。他補(bǔ)充說，追蹤這些磁感線表明，一個(gè)被稱作“重聯(lián)”的過程似乎正在發(fā)生?？茖W(xué)家們假設(shè)磁重聯(lián)會觸發(fā)大規(guī)模太陽耀斑以及日冕物質(zhì)拋射。這種太陽表面的可視化擾動產(chǎn)生于兩條反向磁場線破壞和重聯(lián)過程，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，我們的模型顯示，組件重聯(lián)過程中“營火”釋放的能量足以維持觀測的日冕溫度。

圖注：去年ESA-NASA環(huán)日軌道器在第一批圖像中發(fā)現(xiàn)的微型太陽耀斑是由磁場重聯(lián)過程驅(qū)動的，這極可能是太陽外層大氣被神秘加熱的原因。 （圖片來源：ESA）

“營火”直徑達(dá)250-2500英里（400-4000公里），對人類來說無疑是巨大的，我們熟知的太陽耀斑， 是那些在地球上引起磁暴以及美麗的北極光的，而“營火”這類耀斑是非常微小的，能量可能相當(dāng)于以往耀斑的百萬分之一至十億分之一。我們給予“營火”極大關(guān)注的原因在于其含量豐富，于2020年6月發(fā)布的第一幅太陽軌道探測的圖片中，科學(xué)家們可以觀察到“營火”覆蓋了幾乎整個(gè)太陽表面，就像蠟燭般閃爍了十幾秒到幾分鐘。

1980年物理學(xué)家尤金·帕克，也是宇航局帕克太陽探測器的命名來源者，首次提出了微型太陽“營火”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器遺漏的數(shù)據(jù)，以及我們開發(fā)的太陽社區(qū)，將有助于破解這些開放性問題。”

盡管環(huán)日軌道器還沒有正式投入科學(xué)應(yīng)用，但現(xiàn)已捕獲的觀測數(shù)據(jù)是令人印象深刻的，它可以實(shí)現(xiàn)近距離太陽圖像拍攝，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年正式投入對太陽的科學(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7700萬公里（480萬英里），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4200萬公里。相較之下，帕克太陽探測器會更深入到太陽的大氣環(huán)境中，從距離太陽表面超過1000萬英里的地方經(jīng)過。但帕克探測器并不攜帶用于太陽表面成像的相機(jī)，僅對近太陽環(huán)境進(jìn)行其他測量。

在接下來的任務(wù)中，操作人員將使環(huán)日軌道器圍繞太陽的軌道偏離行星運(yùn)行的黃道平面，使其能夠拍攝到有史以來第一張恒星兩極的高分辨率圖像?？茖W(xué)家們說，研究兩極周圍的活動將有助于推進(jìn)我們對太陽磁力的理解，并有助于理解是什么驅(qū)動著太陽周期，即恒星耀斑和太陽黑子的周期性漲落。

BY:Tereza Pultarova

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