太阳日冕中首次直接观测到扭转阿尔芬波

凡是,在某一热源附近,距离热源核心越近,温度越高;距离越远,温度越低。然而,这个连孩童都熟知的常识却在太阳上失效了。太阳的焦点无时无刻不在发生着聚变反映,释放出大量热能。据观测,从太阳焦点到太阳概况的光球层,温度确实持续下降,从约1500万摄氏度下降到约5500摄氏度。然而,位于光球层外部的日冕层温度却突然升高,可达百万摄氏度,十分反常。因而,日冕加热问题一直搅扰着太阳物理学家们。近期,一项刊发在《天文学与天体物理学》的研究功效有可能会为这一悬而未决的科学问题供给处理线索。

来自挪威奥斯陆大学和英国华威大学的研究人员称,他们初次在太阳日冕中间接观测到了扭转阿尔芬波,阿尔芬波不断被认为在日冕加热中起着主要感化。阿尔芬波是什么?其在日冕加热中若何起感化?若此次确实是初次在日冕中观测到阿尔芬波,为何此前人们观测不到?此次观测又有哪些立异和冲破?这对于太阳物理研究有何鞭策感化?带着这些问题,科技日报记者采访了两位持久处置太阳物理相关研究的学者。

作为本次观测的配角,阿尔芬波是瑞典物理学家、诺贝尔物理学奖得主阿尔芬在1942年预言的一种横波,指的是磁化等离子体内沿磁场标的目的传布的低频波。“等离子体中的磁场扰动可发生阿尔芬波。”中国科学院云南天文台太阳物理首席科学家林隽研究员用一个抽象的比方注释了阿尔芬波的发生过程。糊口中,人们拨动琴弦,琴弦震动从而发出动听的声音,即声波。与地球分歧,太阳这颗复杂熔炉内充溢着的不是空气,而是等离子体。若是将磁场的磁力线想象成一根根琴弦,磁场四周洋溢着被磁化的等离子体,当磁场遭到扰动时,磁力线这些“琴弦”也会发生振荡,并将这种振荡沿着磁场传布出去,这就是阿尔芬波。

阿尔芬波在太阳大气的能量传输中能起到如何的感化?“阿尔芬波可能在太阳大气中普遍具有,耗散后能为日冕供给能量,进而加热日冕,使其达到远高于下方光球层、色球层的百万摄氏度高温;阿尔芬波也被认为在太阳风加快的过程中起到了环节感化。”北京大学地球与空间科学学院传授、中国科学院太阳勾当重点尝试室主任田晖暗示。林隽指出,阿尔芬波可以或许将太阳低层大气中的能量传送到外层的日冕中,是名副其实的能量“搬运工”。但阿尔芬波本身具有一个主要问题,即不易耗散。也就是说,阿尔芬波就像个“守财奴”,不情愿与四周的等离子体“互动”,很难将能量交给等离子体,转化成等离子体的热能。这也是阿尔芬波加热日冕学说中尚未处理的争议点之一。因为太阳的磁场中充溢着各类各样的波动,而阿尔芬波凡是不陪伴辐射强度的变化而变化,因而学者们很难从多样的“利诱选项”中精准找出阿尔芬波。“在此前的太阳观测中,根基没有呈现遭到学界公认的阿尔芬波见证者。”林隽说。

既然阿尔芬波难以观测,那么此次新研究是若何观测到它的?据报道,由来自挪威奥斯陆大学的佩特拉·科胡托瓦博士带领的研究小组观测到了出此刻太阳东侧边缘的扭转阿尔芬波。田晖指出,太阳大气中的磁场凡是呈离散分布,磁力线堆积成一个个的管状布局,太阳物理学家称之为磁流管。扭转阿尔芬波即是在磁流管中传布的阿尔芬波。

“之前的一些观测,因为仪器分辩率不敷高,加之在光球和色球的观测中,磁流管本身标准很小,因此难以分辩磁流管两侧,无法进行间接的、横跨磁流管的光谱观测。”田晖告诉科技日报记者,此次新颁发的研究中,一方面磁流管本身标准较大,另一方面所用的光谱观测仪器分辩率很高,使得如许的观测成为可能。但此次观测时间仅为1—2个周期,并且期间有些数据由于信噪比低而不成用,因而证据不算出格强。将来仍需要寻找扭转阿尔芬波的更靠得住切当的观测证据。林隽也持有类似的隆重立场,他认为此次观测到的是阿尔芬波的一种可能具有的表示形式,若想获得学界公认还需要更多的研究数据支撑。

“除了初次间接观测到日冕中的扭转阿尔芬波外,我们还发觉磁重联能够导致这种波的发生。”研究人员暗示。

磁重联若何发生阿尔芬波?起首,我们需要领会磁重联的概念。磁重联也称磁场湮灭,是等离子体中的一种物理现象,抽象地说,是指磁力线“断开”再“从头毗连”的过程。当极性相反的磁场相遇,便可能会激发磁重联,最终的成果是将磁能转化为热能和动能。“也就是说,磁重联过程是将磁能转化成其他能量形式的转换器,是将磁能释放的主要过程。因而,相较于阿尔芬波加热日冕学说,磁重联加热日冕学说的拥趸也不在少数。”林隽指出。“有学者认为,高频阿尔芬波是由太阳低层大气中屡次发生的小标准磁重联导致的扰动所发生的。”田晖告诉记者,此项研究的作者认为在所观测到的位置,本来有一个日珥。日珥素质上能够认为是磁力线扭缠发生的磁绳布局。因为日珥的磁场和四周大气的磁力线发生了重联,导致磁绳的扭缠度下降,这一过程可能激发了磁绳在角向上的扰动,从而构成扭转阿尔芬波。

以现有的数据来看,研究者的观测成果和相关心释尚能自相矛盾。若研究者所称据实,这无疑会给阿尔芬波加热日冕理论再添一道砝码。田晖坦言,之前曾有学者对太阳低层大气中的扭转阿尔芬波进行过间接观测,这项新研究可能是初次间接观测日冕中扭转阿尔芬波的证据,算是一个冲破。

可是,良多问题尚未处理。“阿尔芬波加热日冕的理论要求,波动需要耗散以将能量供给日冕,迄今仍没有间接的观测证据。”田晖阐发,这项研究发觉的是在一次太阳迸发过程中所发生的扭转阿尔芬波,而要验证波动加热日冕这一理论,仍然需要在太阳安好区观测到普遍具有的阿尔芬波的“倩影”。

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