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科學(xué)家對(duì)太陽(yáng)的高溫環(huán)境感到失望

首先在太陽(yáng)風(fēng)中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象可能有助于解決關(guān)于太陽(yáng)的長(zhǎng)期謎團(tuán):為什么太陽(yáng)大氣比表面溫度高數(shù)百萬(wàn)度。來(lái)自環(huán)繞地球的界面區(qū)域成像光譜儀(又稱為IRIS)和來(lái)自大氣成像組件(又稱為AIA)的圖像顯示出證據(jù),證明低洼的磁環(huán)被加熱到數(shù)百萬(wàn)開爾文。

賴斯大學(xué),科羅拉多大學(xué)博爾德分校和美國(guó)國(guó)家航空航天局馬歇爾太空飛行中心的研究人員證明,硅等重離子優(yōu)先在太陽(yáng)風(fēng)和太陽(yáng)色球與日冕之間的過(guò)渡區(qū)域中被加熱。

在那里,磁化的等離子體環(huán)不斷地成弧形,這與上方電暈中的它們的表親不同。它們體積較小且難以分析,但長(zhǎng)期以來(lái)人們一直認(rèn)為它們具有磁性驅(qū)動(dòng)機(jī)制,該機(jī)制以納米喇叭形的形式釋放能量。

賴斯太陽(yáng)物理學(xué)家斯蒂芬·布拉德肖(Stephen Bradshaw)和他的同事被懷疑的人很多,但是在IRIS之前沒有足夠的證據(jù)。

高飛行光譜儀是專門為觀察過(guò)渡區(qū)域而建造的。在《自然天文學(xué)》上發(fā)表的由美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)資助的研究中,研究人員描述了重新連接環(huán)中的“增亮”現(xiàn)象,這些環(huán)包含氧的強(qiáng)光譜特征,尤其是較重的硅離子。

布拉德肖(Bradshaw)的團(tuán)隊(duì)是他的前學(xué)生,主要作者Shah Mohammad Bahauddin(現(xiàn)為科羅拉多州大氣與空間物理實(shí)驗(yàn)室的研究人員),而NASA天體物理學(xué)家Amy Winebarger研究了IRIS圖像,該圖像能夠解析這些過(guò)渡區(qū)域環(huán)的細(xì)節(jié)并檢測(cè)口袋里的超熱等離子體。這些圖像使他們能夠通過(guò)它們發(fā)出的光來(lái)分析環(huán)中離子的運(yùn)動(dòng)和溫度,這些光被讀作光譜線,用作化學(xué)“指紋”。

研究人員研究了該機(jī)制的兩個(gè)組成部分:能量如何從磁場(chǎng)中分離出來(lái),然后如何實(shí)際加熱等離子體。

布拉德肖說(shuō),過(guò)渡區(qū)域僅約10,000華氏度,但太陽(yáng)表面上的對(duì)流會(huì)影響回線,扭曲和編織構(gòu)成它們的細(xì)磁鏈,并向最終加熱等離子體的磁場(chǎng)增加能量。他說(shuō):“ IRIS的觀察表明這一過(guò)程正在發(fā)生,我們有理由肯定,至少第一部分的答案是通過(guò)磁連接,而射流是關(guān)鍵信號(hào)。”

在此過(guò)程中,等離子束的磁場(chǎng)斷裂并在編織位置重新連接成較低的能量狀態(tài),從而釋放存儲(chǔ)的磁能。在這種情況下,等離子體變得過(guò)熱。

但是直到現(xiàn)在,等離子體如何被釋放的磁能加熱仍然是一個(gè)難題。他說(shuō):“我們觀察了這些小回路結(jié)構(gòu)中重新連接發(fā)生的區(qū)域,并測(cè)量了來(lái)自離子的發(fā)射線,主要是硅和氧。” “我們發(fā)現(xiàn)硅離子的光譜線比氧氣寬得多。”

這表明優(yōu)先加熱硅離子。布拉德肖說(shuō):“我們需要解釋一下。” “我們經(jīng)過(guò)一番思考和思考,結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)稱為離子回旋加速器加熱的動(dòng)力學(xué)過(guò)程,該過(guò)程比輕的離子更喜歡加熱重離子。”

他說(shuō)離子回旋波是在重新連接的地方產(chǎn)生的。較重的離子所攜帶的波更容易受到不穩(wěn)定的影響,從而導(dǎo)致這些波“破裂”并產(chǎn)生湍流,從而使離子散射并激發(fā)能量。這加寬了它們的光譜線,超出了僅從等離子體的局部溫度所預(yù)期的范圍。對(duì)于較輕的離子,可能沒有足夠的能量剩余來(lái)加熱它們。他說(shuō):“否則,它們不會(huì)超過(guò)引發(fā)不穩(wěn)定性所需的臨界速度,對(duì)于較輕的離子而言,該速度更快。”

布拉德肖說(shuō):“在太陽(yáng)風(fēng)中,重離子要比輕離子熱得多。” “這已經(jīng)進(jìn)行了確定的測(cè)量。我們的研究首次表明,這也是過(guò)渡區(qū)的一個(gè)屬性,由于我們已經(jīng)確定了這種機(jī)制,包括加熱太陽(yáng)日冕,因此可能在整個(gè)大氣中持續(xù)存在,特別是因?yàn)轱L(fēng)是日冕擴(kuò)展到行星際空間的體現(xiàn)。”

巴奧丁說(shuō),下一個(gè)問(wèn)題是這種現(xiàn)象是否在整個(gè)太陽(yáng)上都以相同的速度發(fā)生。他說(shuō):“最有可能的答案是不。” “那么問(wèn)題是,它們對(duì)日冕加熱問(wèn)題有多大貢獻(xiàn)?它們能否向高層大氣提供足夠的能量,從而維持?jǐn)?shù)百萬(wàn)度的日冕?

巴奧丁說(shuō):“我們?yōu)檫^(guò)渡地區(qū)展示的是解決這一難題的重要部分,但大局需要更多碎片落在正確的地方。” “我相信IRIS能夠在不久的將來(lái)向我們介紹有關(guān)色球的碎片。這將有助于我們建立一個(gè)統(tǒng)一的全球大氣層理論。”

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