日冕百万度高温之谜

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　　太阳表面温度约6000摄氏度，而日冕(太阳大气最外层)可达上百万摄氏度。2012年，日冕加热问题被《科学》杂志列为当代天文学八大未解之谜。

        　　日冕：太阳大气的最外层。日冕中的物质也是等离子体，它的密度比色球层更低，而它的温度反比色球层高，可达上百万摄氏度。在日全食时在日面周围看到放射状的非常明亮的银白色光芒即是日冕。 日冕的范围在色球之上，一直延伸到好几个太阳半径的地方。日冕还会有向外膨胀运动，并使得冷电离气体粒子连续地从太阳向外流出而形成太阳风。

       


        　　国外媒体报道，太阳是一颗较为普通的恒星，但它身上的谜团依然令科学家们无法理解，比如日冕为何具有不可思议的高温，其能量又是从何而来的呢?作为太阳大气最外层结构，日冕中充斥着大量的电离态质子和电子等微粒，它们以极快地速度运动，向外层空间“流窜”，科学家探测到日冕温度高达100万摄氏度以上，跨度可达数倍太阳半径，外形酷似扭在一起“太阳辫子”，与底层稠密的大气形成了物质流交换，了解日冕及其物理过程有助于对日地系统的空间天气进行预测。

       


        　　由探空火箭搭载的高分辨率日冕成像仪所拍摄的图像，显示了日冕微小的区域结构

        　　图中显示了太阳日冕结构和几个细化的区域，在极紫外波段观测下，科学家获得了日冕微域结构图，这幅图像由高分辨率日冕成像仪所捕捉，该仪器搭载于去年7月发射的Hi-C火箭上，通过短时间的近地轨道飞行，科学家收集到许多日冕结构的图像资料，其中包括令人信服的证据：太阳表面交织的磁场对炙热气体分布产生影响，这一过程与百万度的温度存在关联。

        　　太阳处于活跃期时，我们可以观测到黑子活动加剧，以及部分温度高达400万开尔文的区域。此外，太阳表面交织的“磁场辫子”中充满了能量，所形成闭合的磁通结构与高速等离子体流相互作用，形成了对日冕的第二阶段加热，这些强磁场区域由日冕中的带电粒子运动产生。由于这一机制证明过程依赖于对日冕微域结构的深入观测，至少要获得其高清图像，因此“磁场辫子”的解释一直难以验证。

       


        　　哈佛-史密森天体物理中心(CfA)的科学家利昂·戈卢布、凯利·科沃雷克、马克·韦伯以及帕特里克·麦考利是该日冕高温之谜研究小组的关键成员，他们可能已经解决了这个长期困扰太阳动力学的难题。CfA的研究人员与NASA马歇尔空间飞行中心的科学家合作，通过极紫外波段拍摄到日冕结构的细微图像。

        　　探空火箭经过仅10分钟的飞行，科学家就获得了磁场交织活跃区的高分辨率图像，本项研究发表在《自然》杂志上，提出了“磁场辫子”介入的磁力加热理论。虽然该探空任务持续时间非常短暂，也仍然留下了许多未能解答的问题，但在日冕高温之谜上的解释为科学家们了解日冕及其行为找到了一个关键的突破口。
     
  
        

        最新研究显示，日冕高温的成因在于“纳米耀斑”
        　　太阳的外大气层日冕为什么会达到数百万摄氏度仍是一个未解之谜，日冕的温度要比太阳表面更炽热，这一现象让科学家迷惑的数十年。该研究成员之一的美国宇航局戈德登太空飞行中心詹姆斯-克利姆昆克(James Klimchuk)说：“为什么太阳日冕会如此炽热呢?目前我们通过一系列研究研究，找到了其中的答案。

       


        　　为了解释这一现象，克利姆昆克和同事们建立了一个纳米耀斑理论模型，其中包含着热气体环状结构，这是在太阳表面之上弧状排列构成日冕的主要成分。他指出，日冕环是构成日冕的基础性物质，它们的外形是由磁场任用形成的，磁场能够指引叫做等离子体的热流动气体移动。

        　　这些日冕环是由单独的小型磁场管或磁场束构成，其温度可达到数百万摄氏度，即使当太阳表面仅有9千多摄氏度时。纳米耀斑是非常小、突然爆发的能量，这些能量蕴藏于日冕的纤细磁场管中。

       


        　　较大的太阳耀斑可通过人造卫星或地面基础的望远镜进行观测，当出现太阳耀斑时会干扰地面的电子通讯网络。而纳米耀斑却非常小，科学家无法确定个别纳米耀斑的存在，因此直到目前为止，并未发现纳米耀斑存在的直接证据。仅能够观测到它存在时产生的结合性效应。

        　　克利姆昆克的理论模型试图精确测定当纳米耀斑爆发时所产生的效应，他说：“我们模拟热量爆发，并通过各种仪器观测日冕环应当具有的形状。”为了测试这一模型，研究小组使用日本“日出”天文台上由美国宇航局投资建造的X射线望远镜和远紫外成像分光仪观测日冕的气体喷射状况。

       


        　　克利姆昆克说：“我们探测到日冕的温度可达到1000万摄氏度，这是由冲动型能量爆所产生的。”超热等离子冷却时非常快，这将解释为什么太阳等离子会如此微弱昏暗，观测时非常困难。此外，在冷却过程中释放出的热量将堆积至太阳表面较冷的区域。