日冕现象发生什么事,为什么日冕温度最高

茫茫星河,有多少人类未曾探知的秘密?

“为什么日冕那么热”“暗能量是什么”“暗物质是什么”“重子哪里去了”“恒星是如何爆炸的”“是什么使宇宙再电离”“各种高能宇宙射线的源头是什么”“为什么我们的太阳系如此独特”?2012年,美国《科学》杂志将上述问题评选为当代天文学八大未解之谜。

日冕加热之谜:日冕温度为什么高达百万度量级

在了解日冕加热之谜前,我们首先要知道,什么是日冕。

那么,如此高温的日冕是如何产生和维持的?这便是日冕加热的问题,它是天文学和空间科学领域长期以来未能解决的难题之一。

日冕加热新思路:太阳针状物喷射

近年来,基于对高分辨率太阳观测数据的详细分析,田晖研究团队发现,太阳低层大气里小尺度的、普遍存在的喷流,可能在日冕的物质和能量供应中起到了非常重要的作用。

为理解针状物的产生机制,许多学者根据自己的认识,提出了众多包含不同物理过程的唯象或数值模型。实际上,由于过去观测上的限制,人们一直没有观测到针状物的详细产生过程,缺少直接观测证据,也就无法判定模型的对错。因此,对于针状物的产生机制,目前太阳物理界仍无共识。

此时,大熊湖天文台新一代古迪太阳望远镜,成为探寻针状物产生机制和日冕加热之谜的一把关键钥匙。这台目前世界上正在运营的最大口径的太阳望远镜,其得天独厚的观测台址和强大的观测仪器设备,为攻克该项极具挑战的研究课题提供了可能。

田晖说,这些观测结果为磁重联驱动针状物的观点提供了迄今为止最强有力的支持。尽管该观测表明至少一部分针状物是由磁重联过程所产生,但其揭示的磁重联位形完全不同于现有的少数几个磁重联驱动针状物的理论模型。因此,未来亟须针对这一最新观测结果进行相关理论和数值模拟研究。

同时,利用太阳动力学天文台卫星的观测,该团队发现,在这些针状物上端出现了增强的日冕辐射,表明针状物在往外传播的过程中被加热到百万度量级。其研究显示,针状物被加热到日冕温度是一种普遍现象,研究日冕加热不能不考虑针状物的贡献。

田晖介绍,该研究将日冕加热与太阳低层大气中的磁活动联系起来,这得益于对太阳大气不同层次(不同温度)的协同观测。

此外,这一研究成果也将促进日冕加热和磁重联的有关理论和数值模拟研究。据了解,太阳低层大气是部分电离的。人们对完全电离环境下的磁重联特征有较多了解,但对部分电离环境中的磁重联还不甚理解,因此这方面有待进一步研究。此外,针状物在往外传输过程中的加热机制仍不清楚,同样需进一步研究。

“作为唯一一颗可以进行详细观测的恒星,对太阳的观测对于理解恒星上发生的物理过程来说具有独一无二的参考价值。因此,这一研究也为理解一些恒星冕层的高温提供了重要启示。”田晖说。

论文通讯作者和第一作者分别为田晖及其博士后谭摩伊·萨曼塔,其他合作者包括大熊湖天文台台长曹文达教授,北京大学博士生陈亚杰,昆明理工大学教授冯松,以及来自美国新泽西理工学院、德国马普学会太阳系研究所、英国谢菲尔德大学、奥地利格拉茨大学、印度天体物理研究所的多位太阳物理学者。

日冕现象发生什么事,为什么日冕温度最高

在希腊神话中,发明家代达罗斯为国王米诺斯建造了一座复杂精巧的迷宫,用来关押国王牛头人身的儿子,为了不让迷宫的秘密泄露,国王把代达罗斯和他儿子伊卡洛斯一起关进了迷宫的塔楼上。这个小小的困境当然难不住能工巧匠代达罗斯,他用羽毛和蜡制造了两对翅膀,和儿子一起穿上飞向了空中。没想到伊卡洛斯飞得太嗨,离太阳越来越近,翅膀上的蜡被太阳烤化,掉进海里淹死了。

当然这只是一个神话,如果蜡做的翅膀真能飞翔,要飞到离太阳多近才会熔化呢?

太阳无疑是个奇怪的东西,它的核心温度高达1360万度,表面可见的光球却只有5500度,而最外面数百万公里的日冕层,温度却陡然上升到平均100万到200万度,最高的区域达800到2000万度。数十年来,科学家们一直试图找到日冕温度奇高的原因,先后提出了声波加热、激波加热、阿尔文波加热、波与粒子的非共振湍动加热以及磁重联加热等机制,却始终难以形成定论。(徐德文作品,请勿抄袭)NASA为此将在2018年发射“太阳探测器+”,深入到距太阳核心600万公里的日冕中,寻找这一未解之谜的终极答案。

你可能会说,天哪,几百万度的高温区域,人类制造的什么东西能够经受这样的高温呢?其实你多虑了,地球上空80到800公里的电离层,其温度就高达上千度,最高2000多度,我们的卫星和空间站还不是在里面悠哉游哉?

回到不幸的伊卡洛斯的翅膀上,估计他至少已飞到了水星的轨道上,翅膀才会被太阳烤化,真是个勇敢而鲁莽的悲壮小孩。

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