在太阳表面之上，恒星大气层中翻滚的等离子体做出了一件迄今为止无法解释，并且似乎违反物理学的事情：它离太阳越远就变得越热。
在日冕中，即太阳大气层广阔的外层，从太阳表面延伸数百万公里，温度达到数百万开尔文。相比之下，太阳表面只有温和的 6,000 开尔文（约 5,700 摄氏度）。尽管天文学家近年来提出了一些可能的解释，但没有人能确切地说出日冕是如何或为何变得如此之热。一颗新的卫星将仔细检查太阳大气层的下层区域，让物理学家有机会像植物学家研究植物的根系一样深入挖掘，并揭示可能帮助他们解开谜团的信息。
这颗卫星——NASA 的界面区成像光谱仪（IRIS），一种新型紫外太空望远镜——将以前所未有的细节检查色球层，即日冕下长期被忽视的等离子体层。“我怀疑我们是否过于专注于研究日冕来理解日冕，”IRIS 科学家查尔斯·坎克尔堡，蒙大拿州立大学的物理学家说。“或许通过退后一步，我们可以获得一些关于正在发生的事情的关键线索。”
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能有更多关于塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的报道。
一架载机将于 6 月 26 日从加利福尼亚州范登堡空军基地搭载 IRIS 和飞马座火箭助推器升空，然后从那里将其发射到极地轨道。从那个有利位置，望远镜将观察色球层的一小部分区域，即日冕和表面之间剧烈变化的区域。IRIS 不仅会拍摄太阳的照片，还会返回光谱——恒星光的详细分解，可以揭示正在发生的微妙物理过程。其他望远镜，例如最近完成了在北极圈周围为期五天飞行的 Sunrise 2 气球，也观察过色球层，但没有返回如此详细的信息。“你不仅会看到具有精细结构的精美图像，而且你还可以测量温度和密度，”苏格兰圣安德鲁斯大学的太阳物理学家埃里克·普里斯特说，他不是 IRIS 团队的成员。“这是革命性的。”
与 日冕的飘渺日珥 或 布满斑点、火热的表面 不同，色球层很难观测到。它吸收并重新发射来自表面的一些光，但也发射自己的紫外线，这使得难以确定光子来自哪里，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 IRIS 首席科学家巴特·德·庞蒂厄说。直到最近 10 年，物理学家才开发出足够复杂的计算机模型来跟踪来自该区域的光子，并充分模拟色球层活动。这是 IRIS 现在正当其时的关键原因。“有了这些模型，我们现在有机会了解我们从色球层看到的光，”德·庞蒂厄说。
物理学家们也渴望用 IRIS 观察太阳爆发。他们应该会看到很多：IRIS 将在 太阳 11 年活动周期 的顶峰附近发射。IRIS 团队将使用来自其他观测整个太阳的卫星（例如日本的 Hinode 和 NASA 的太阳动力学天文台）的信息，来识别太阳的活动区域，并将 IRIS 指向正在增长的耀斑，届时它将每两秒获得光谱。德·庞蒂厄将这项任务比作研究海洋上空空气，观察水分蒸发和凝结的过程：“你正在看到滋养云的过程，以及消耗云的过程。通过弄清楚什么进出，你可以弄清楚那里发生了什么。”
IRIS 的详细读数还将帮助物理学家追踪小规模的太阳现象，例如德·庞蒂厄和他的同事在 2007 年首次发现的 转瞬即逝、细长的热等离子体喷泉。这些被称为“2 型针状体”的喷流，高度可达地球的宽度，但持续时间只有 100 秒左右。这些喷流可能会注入能量，使日冕保持沸腾状态。即便如此，天文学家仍不确定太阳磁场是如何驱动这些巨大的能量转移的。坎克尔堡指出，磁场不会自然地加热粒子：“如果你拿一块磁铁把它悬挂在你的冰箱上，香肠不会变质。”
IRIS 将测试旨在解释日冕极端高温的两种主要假设。一种观点认为，磁场线在太阳周围游动时会扭曲和编织，积聚张力，并在最终像橡皮筋一样断裂时释放出巨大的能量。或者，从太阳深处滚动的磁波可能会将能量和热量传递到色球层和日冕。“我们不知道这些想法是否正确，或者我们是否需要新的概念，”普里斯特说。“正是来自 IRIS 的观测结果将能够确定这一点。”
除了日冕加热之谜，IRIS 还将阐明驱动太阳风、太阳风暴、紫外线辐射和其他可能阻碍电子通信并对地球人类健康产生负面影响的现象的过程。最终，普里斯特希望 IRIS 的观测结果能够支持对 更遥远恒星的研究。“如果我们正确理解太阳上的这些结构，”他说，“我们将预测它们在宇宙中其他结构中的规模。”