自 20 世纪 40 年代以来,一个问题一直困扰着太阳物理学家:为什么太阳大气层的外层,即距离产生热量的核心最远的区域,比低层大气和太阳表面都热?
专家们提出了各种解释,从声波或磁波在上层太阳大气或日冕中消散,到被称为纳耀斑的短时能量爆发,这些爆发发生在日冕中缠结的磁场线重新连接时。现在,来自新一代太阳观测航天器的观测结果表明,存在一种不同的机制,这种机制可以通过不断地将热电离气体或等离子体输送到上层大气,为日冕提供大部分热量。
研究人员发现,从太阳的色球层或低层大气射出的短寿命等离子体喷泉,即针状体,似乎在将日冕加热到数百万开尔文的灼热温度方面发挥着作用。针状体的起源有些神秘,持续时间仅为 100 秒,从色球层以每秒 50 至 100 公里的速度上升。正如主要研究作者、加利福尼亚州帕洛阿尔托市洛克希德·马丁太阳和天体物理实验室的巴特·德·庞蒂厄所指出的那样,这个速度足够在几分钟内从旧金山到达伦敦。德·庞蒂厄和他的同事在《科学》杂志上报告了他们的发现。
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该小组的研究基于 NASA 新的太阳动力学天文台(2010 年发射)和日本的 Hinode 航天器(2006 年开始服役)的观测结果。这两个太阳观测站都可以每隔几秒钟拍摄太阳的详细图像,这种快速观测是识别瞬态或快速变化现象所必需的。
研究人员注意到,当温度高达数万开尔文的针状体从色球层升起时,上方日冕的区域会突然升温至一百万到两百万度。
研究人员尚不清楚是什么以如此高的速度发射色球层等离子体,也不知道是什么将其加热到日冕中达到的极端温度。但伦敦大学学院的肯尼斯·菲利普斯表示,针状体与日冕加热之间的联系有望为解决一个 70 年的谜团画上句号。
美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的詹姆斯·克利姆丘克表示,尽管针状体似乎是太阳某些区域的重要现象,但时间会证明它们是否在全球范围内输送足够的热等离子体来解释日冕的巨大热量。克利姆丘克称新的观测结果“非常令人兴奋”,但指出他自己的初步计算表明,针状体仅提供了日冕中一小部分热等离子体,为其他更传统的日冕加热模式留下了充足的空间。
德·庞蒂厄本人也发出了类似的警告,即日冕温度这个长期存在的问题尚未最终解决。“我认为重要的是要指出,我们尚未解决日冕加热问题,但我们已经提供了拼图的一部分,”他说。“我们将拭目以待,看看这最终会被证明是一个主要过程,还是仅仅是一个贡献因素。”