天文物理：磁力波破譯太陽外層之謎


太陽。圖片來源：英國倫敦大學學院
日冕作為太陽極為炙熱的外層，與溫度相對較低的內層相比，有著極為不同的化學組成，但造成此差異的原因尚不明確，困擾了科學家幾十年。
有一種解釋是，在中層（色球層），磁力波施加了一種力，將太陽的等離子體分裂成不同成分，隻有離子被輸送到了日冕，而中性粒子則被留在原處（從而導致了外層大氣中諸如鐵、矽、鎂等元素的積累）。


太陽中連接不同磁極區域的絲狀等離子體。圖片來源：NASA
如今，在一項發表於《天文物理學雜誌》的研究中，研究人員結合位於美國新墨西哥州的望遠鏡和近地衛星的觀測結果，確定了色球層的磁力波與炙熱外層大氣中富含電離粒子區域間的聯係。
這項研究的一作Deborah Baker博士（英國倫敦大學學院 空間與氣候物理學）表示：“太陽內外層之間的化學成分差異首次發現於50多年前。這一發現也引出 了天體物理學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，而且日冕中的物質來源於最內側的光球層，他們在成分上的差異著實令人詫異。
“對太陽大氣層的地基觀測與天基觀測幾乎同時開展，現在，得益於二者觀測結果的結合，我們很可能切實探測到色球層磁力波，並將它與日冕中豐富的元素儲量相聯係，而這些元素是太陽內部區域所沒有的。
“弄清楚日冕的形成過程對我們更好地理解太陽風至關重要。太陽風是一股從太陽向外側流動的帶電粒子，能夠破壞衛星和地球上的公共設施。
“我們的新發現將幫助我們分析並追蹤太陽風，確定它來自太陽大氣的哪個位置。”
這項新研究的作者們於上月在《皇家學會哲學學報》（the Philosophical Transactions of the Royal Society）發表了一篇相關的論文，該論文明確探測到了色球層中的磁力波，排除了其他可能產生類似磁振蕩的因素，也是此次新發現的基礎。
磁力波（沿某一個方向運動的離子振動）存在的理論於1942年被首次提出，人們認為，它由日冕中每秒發生的數以百萬計的納米耀斑或微型爆炸產生。


太陽拋射的日冕物質。圖片來源：NASA
這篇新論文背後的研究團隊通過模擬磁場範圍來追蹤波的方向，並發現色球層中反射的波與日冕中富含電離粒子的區域之間似乎有著磁力的聯係。
兩篇論文的聯合作者Marco Stangalini博士（意大利航天局和羅馬國家天體物理研究所）表示：“內層、光球層、日冕之間化學組成差異的特征並非為我們太陽係的恒星所獨有，是整個宇宙中恒星的共性。因此，通過觀察我們太陽係“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果來自IBIS——位於新墨西哥州的Dunn太陽望遠鏡上的高分辨率光譜偏振成像儀，同時結合了來自日本/英國/美國日出太陽天文台的EUV成像光譜儀（EIS）（該儀器由倫敦大學學院領導的團隊設計並建造）和NASA太陽動力學天文台（SDO）的觀測數據。
研究人員表示，他們的發現為將來利用太陽軌道器提供的數據進行研究提供了基礎。太陽軌道器任務由歐洲航天局提出，旨在獲取太陽的特寫圖像。該任務攜帶著由倫敦大學學院提出、設計和建造的儀器，於去年2月份發射。
翻譯：耿淑娟
審校：張和持
引進來源：英國倫敦大學學院
引進鏈接：https://phys.org/news/2021-01-magnetic-mystery-sun-outer-layer.html
本文來自：環球科學


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