天文物理：磁力波破譯太陽外層之謎


太陽。圖片來源：英國倫敦大學(xué)學(xué)院
日冕作為太陽極為炙熱的外層，與溫度相對較低的內(nèi)層相比，有著極為不同的化學(xué)組成，但造成此差異的原因尚不明確，困擾了科學(xué)家?guī)资辍?br> 有一種解釋是，在中層（色球?qū)樱帕Σㄊ┘恿艘环N力，將太陽的等離子體分裂成不同成分，只有離子被輸送到了日冕，而中性粒子則被留在原處（從而導(dǎo)致了外層大氣中諸如鐵、硅、鎂等元素的積累）。


太陽中連接不同磁極區(qū)域的絲狀等離子體。圖片來源：NASA
如今，在一項發(fā)表于《天文物理學(xué)雜志》的研究中，研究人員結(jié)合位于美國新墨西哥州的望遠鏡和近地衛(wèi)星的觀測結(jié)果，確定了色球?qū)拥拇帕Σㄅc炙熱外層大氣中富含電離粒子區(qū)域間的聯(lián)系。
這項研究的一作Deborah Baker博士（英國倫敦大學(xué)學(xué)院 空間與氣候物理學(xué)）表示：“太陽內(nèi)外層之間的化學(xué)成分差異首次發(fā)現(xiàn)于50多年前。這一發(fā)現(xiàn)也引出 了天體物理學(xué)中長期懸而未決的問題之一。”
“考慮到不同層之間在物理上是相連的，而且日冕中的物質(zhì)來源于最內(nèi)側(cè)的光球?qū)樱麄冊诔煞稚系牟町愔鴮嵙钊嗽尞悺?br> “對太陽大氣層的地基觀測與天基觀測幾乎同時開展，現(xiàn)在，得益于二者觀測結(jié)果的結(jié)合，我們很可能切實探測到色球?qū)哟帕Σ?，并將它與日冕中豐富的元素儲量相聯(lián)系，而這些元素是太陽內(nèi)部區(qū)域所沒有的。
“弄清楚日冕的形成過程對我們更好地理解太陽風(fēng)至關(guān)重要。太陽風(fēng)是一股從太陽向外側(cè)流動的帶電粒子，能夠破壞衛(wèi)星和地球上的公共設(shè)施。
“我們的新發(fā)現(xiàn)將幫助我們分析并追蹤太陽風(fēng)，確定它來自太陽大氣的哪個位置。”
這項新研究的作者們于上月在《皇家學(xué)會哲學(xué)學(xué)報》（the Philosophical Transactions of the Royal Society）發(fā)表了一篇相關(guān)的論文，該論文明確探測到了色球?qū)又械拇帕Σ?，排除了其他可能產(chǎn)生類似磁振蕩的因素，也是此次新發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)。
磁力波（沿某一個方向運動的離子振動）存在的理論于1942年被首次提出，人們認為，它由日冕中每秒發(fā)生的數(shù)以百萬計的納米耀斑或微型爆炸產(chǎn)生。


太陽拋射的日冕物質(zhì)。圖片來源：NASA
這篇新論文背后的研究團隊通過模擬磁場范圍來追蹤波的方向，并發(fā)現(xiàn)色球?qū)又蟹瓷涞牟ㄅc日冕中富含電離粒子的區(qū)域之間似乎有著磁力的聯(lián)系。
兩篇論文的聯(lián)合作者Marco Stangalini博士（意大利航天局和羅馬國家天體物理研究所）表示：“內(nèi)層、光球?qū)印⑷彰嶂g化學(xué)組成差異的特征并非為我們太陽系的恒星所獨有，是整個宇宙中恒星的共性。因此，通過觀察我們太陽系“本地”的實驗室——太陽，我們能夠加深對遙遠宇宙的理解”。
兩篇論文中使用的觀測結(jié)果來自IBIS——位于新墨西哥州的Dunn太陽望遠鏡上的高分辨率光譜偏振成像儀，同時結(jié)合了來自日本/英國/美國日出太陽天文臺的EUV成像光譜儀（EIS）（該儀器由倫敦大學(xué)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的團隊設(shè)計并建造）和NASA太陽動力學(xué)天文臺（SDO）的觀測數(shù)據(jù)。
研究人員表示，他們的發(fā)現(xiàn)為將來利用太陽軌道器提供的數(shù)據(jù)進行研究提供了基礎(chǔ)。太陽軌道器任務(wù)由歐洲航天局提出，旨在獲取太陽的特寫圖像。該任務(wù)攜帶著由倫敦大學(xué)學(xué)院提出、設(shè)計和建造的儀器，于去年2月份發(fā)射。
翻譯：耿淑娟
審校：張和持
引進來源：英國倫敦大學(xué)學(xué)院
引進鏈接：https://phys.org/news/2021-01-magnetic-mystery-sun-outer-layer.html
本文來自：環(huán)球科學(xué)


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