太阳最冷区域藏有加热百万度日冕的秘密

太阳日冕等离子体在数百万度高温下发出的极紫外辐射。图：美国宇航局太阳动力学天文台(SDO)航天器上的大气成像组件(AIA)

在太阳表面上方约5000公里处，太阳物理学家面临一个长达一个世纪的问题太阳上层大气层(日冕)的温度为何比太阳可见表面的温度高数百倍？

一个国际科学家团通过新泽西理工学院(NJIT)太阳地球研究中心(CSTR)运营的大熊太阳观测台(BBSO)上的1.6米古德太阳望远镜(GST)获得的新观测数据，为这个问题提供了新的答案。

在《自然·天文学》上发表的一项研究中，研究人员发现，太阳上一个相对较冷、黑暗且磁场强烈的等离子体区域产生的强烈波动能，能穿越太阳大气层，在日冕内保持百万度开尔文的温度。

研究人员表示，这一发现是揭开地球最近的恒星相关谜团的最新关键。

BBSO主任、NJIT物理学教授Wenda Cao表示：“日冕加热问题是太阳物理研究中最大的谜团之一，已经存在了近一个世纪。通过这项研究，我们为这个问题提供了新的答案，这可能是解开太阳大气层能量传输和耗以及太空天气性质等许多令人困惑问题的关键。”

一段视频展示了太阳黑子的横向运动的高分辨率观测。来源：NJIT-BBSO, Yuan等人，自然-天文学，2023年。

在Yuan Ding领导的团队的研究中，他们利用GST的独特成像能力，首次捕捉到了太阳上最黑暗、最冷区域(称为太阳黑子蓝点)的横向振荡。

这些黑暗的太阳黑子区域是由于太阳强磁场抑制热传导并阻碍热能从较热的内部传输到可见表面(或球层)而形成的，光球层的温度约为5000摄氏度。

为了进行调查，研究团队测量了2015年7月14日BBS的GST记录的一个活跃太阳黑子中检测到的许多黑暗特征的相关活动，包括磁场强度比地球强6000倍以上的太阳黑子蓝点内等离子体纤维的振荡横向运动。

NJIT-CSTR日球物理研究教授、BBSO高级科学家asyl Yurchyshyn解释说：“纤维呈锥形结构，典型高度为500-1000公里，宽度约为100公里它们的寿命从两到三分钟不等，倾向于在蓝点最黑暗的部分重新出现，那里的磁场最强。”

Cao表示：“这些黑暗的动态纤维在太阳黑子蓝点中观察到已有很长时间，但我们的团队首次检测到它们的横向荡，这些振荡是快速波的表现。这些持续且无处不在的强磁场纤维中的横向波通过垂直延伸的磁通道向上传递能量，有助于加热太阳的上层大气。”

通过对这些波的数值模拟，研究团队估计所携带的能量可能比太阳上层大气活跃区域等离子体的能量损失强大数千倍，耗散的能量比维持日冕高温所需的加热速率强大四个数量级。

Yyshyn表示：“在太阳上已经检测到各种波，但通常它们的能量太低，无法加热日冕。在太黑子蓝点中检测到的快速波是一种持久且高效的能量来源，可能对加热太阳黑子上方的日冕负责。”

目前，研究人员表示，这些新发现不仅改变了我们对太阳黑子蓝点的看法，而且在推进物理学家对太阳日冕能量传输过程和加的理解方面迈出了重要一步。

然而，关于日冕加热问题的疑问仍然存在。

Cao表示：“虽然这些发现是决这个谜团的一步，但从太阳黑子中传出的能量通量可能只对加热那些根植于太阳黑子的环路负责。与此同时，还有其他与热日冕环路相关的无黑子区域有待解释。我们期待GST/BBSO将继续提供最高分辨率的观测证据，进一步解开我们恒星的奥秘。”

本文译自 phys.org，由 bali 编辑发布。

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