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太阳日冕中初次直接观测到改变阿尔芬波

放大字体  缩小字体 2020-03-23 19:48:55 来源:科技日报作者:责任编辑NO。姜敏0568

(原标题:能量“搬运工”现身 破解日冕高温之谜或有端倪 太阳日冕中初次直接观测到改变阿尔芬波)

于紫月/科技日报

一般,在某一热源邻近,间隔热源中心越近,温度越高;间隔越远,温度越低。可是,这个连孩提都熟知的知识却在太阳上失效了。

太阳的中心无时无刻不在发作着聚变反应,开释出许多热能。据观测,从太阳中心到太阳外表的光球层,温度的确接连下降,从约1500万摄氏度下降到约5500摄氏度。可是,坐落光球层外部的日冕层温度却突然升高,可达百万摄氏度,非常失常。

因而,日冕加热问题一向困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》的研讨成果有必定的概率会为这一悬而未决的科学问题供应处理头绪。

来自挪威奥斯陆大学和英国华威大学的研讨人员称,他们初次在太阳日冕中直接观测到了改变阿尔芬波,阿尔芬波一向被以为在日冕加热中起着及其重要的效果。

阿尔芬波是什么?其在日冕加热中怎么起效果?若此次的确是初次在日冕中观测到阿尔芬波,为何此前人们观测不到?这次观测又有哪些创新和打破?这关于太阳物理研讨有何推进效果?带着这样一些问题,科技日报记者正常采访了两位长时刻从事太阳物理相关研讨的学者。

沿磁力线跋涉的能量“搬运工”

作为本次观测的主角,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方向传达的低频波。

“等离子体中的磁场扰动可发作阿尔芬波。”我国科学院云南天文台太阳物理首席科学家林隽研讨员用一个形象的比方解说了阿尔芬波的发作进程。日子中,人们拨动琴弦,琴弦轰动然后宣布动听的声响,即声波。与地球不同,太阳这颗巨大熔炉内充满着的不是空气,而是等离子体。假如将磁场的磁力线幻想成一根根琴弦,磁场周围弥漫着被磁化的等离子体,当磁场遭到扰动时,磁力线这些“琴弦”也会发作振动,并将这种振动沿着磁场传达出去,这便是阿尔芬波。

阿尔芬波在太阳大气的能量传输中能起到怎样的效果?“阿尔芬波或许在太阳大气中广泛存在,耗散后能为日冕供应能量,然后加热日冕,使其到达远高于下方光球层、色球层的百万摄氏度高温;阿尔芬波也被以为在太阳风加快的进程中起到了关键效果。”北京大学地球与空间科学学院教授、我国科学院太阳活动要点试验室主任田晖表明。

林隽指出,阿尔芬波能够将太阳低层大气中的能量传递到外层的日冕中,是当之无愧的能量“搬运工”。但阿尔芬波自身存在一个重要问题,即不易耗散。也便是说,阿尔芬波就像个“吝啬鬼”,不愿意与周围的等离子体“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没有处理的争议点之一。

因为太阳的磁场中充满着各式各样的动摇,而阿尔芬波一般不随同辐射强度的改变而改变,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,根本没再次出现遭到学界公认的阿尔芬波见证者。”林隽说。

或许仅仅其一种存在方式

已然阿尔芬波难以观测,那么此次新研讨是怎么观测到它的?

据报道,由来自挪威奥斯陆大学的佩特拉·科胡托瓦博士领导的研讨小组观测到了出现在太阳东侧边际的改变阿尔芬波。

田晖指出,太阳大气中的磁场一般呈离散散布,磁力线聚集成一个个的管状结构,太阳物理学家称之为磁流管。改变阿尔芬波便是在磁流管中传达的阿尔芬波。

“改变阿尔芬波最主要的特征是磁力线沿着磁流管横截面的圆周方向来回振动。”田晖表明,正因如此,假如垂直于磁流管进行光谱观测,会观察到在某一时刻磁流管两边的运动是一侧远离观测者,另一侧接近观测者,所显现的是多普勒的红移和蓝移;过了半个周期后,磁流管两边的运动方向就会与上一时刻相反,即多普勒特征发作了周期性倒转。

在这一研讨中,便是经过光谱观测,发现了磁流管两边多普勒速度随时刻改变的特征,能够解说为是改变阿尔芬波的观测依据。

为何此前一向未出现被学界公认的阿尔芬波观测事情呢?

“之前的一些观测,因为仪器分辩率不够高,加之在光球和色球的观测中,磁流管自身标准很小,因而难以分辩磁流管两边,无法进行直接的、横跨磁流管的光谱观测。”田晖告知科技日报记者,此次新宣布的研讨中,一方面磁流管自身标准较大,另一方面所用的光谱观测仪器分辩率很高,使得这样的观测成为或许。但此次观测时刻仅为1—2个周期,并且期间有些数据因为信噪比低而不可用,因而依据不算特别强。未来仍需求寻觅改变阿尔芬波的更牢靠切当的观测依据。

林隽也持有类似的慎重情绪,他以为此次观测到的是阿尔芬波的一种或许存在的表现方式,若想得到学界公认还需求更多的研讨数据支撑。

验证动摇加热需更多观测依据

“除了初次直接观测到日冕中的改变阿尔芬波外,咱们还发现磁重联能够导致这种波的发作。”研讨人员表明。

磁重联怎么发作阿尔芬波?

首要,咱们应该了解磁重联的概念。磁重联也称磁场湮灭,是等离子体中的一种物理现象,形象地说,是指磁力线“断开”再“从头衔接”的进程。当极性相反的磁场相遇,便或许会引发磁重联,终究的成果是将磁能转化为热能和动能。

“也便是说,磁重联进程是将磁能转化成其他能量方式的转换器,是将磁能开释的重要进程。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。

“有学者以为,高频阿尔芬波是由太阳低层大气中频频发作的小标准磁重联导致的扰动所发作的。”田晖和记者说,此项研讨的作者以为在所观测到的方位,本来有一个日珥。日珥本质上能够以为是磁力线扭缠发作的磁绳结构。因为日珥的磁场和周围大气的磁力线发作了重联,导致磁绳的扭缠度下降,这一进程或许激发了磁绳在角向上的扰动,然后构成改变阿尔芬波。

以现有的数据来看,研讨者的观测成果和相关解说尚能无懈可击。若研讨者所称据实,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改变阿尔芬波进行过直接观测,这项新研讨或许是初次直接观测日冕中改变阿尔芬波的依据,算是一个打破。

可是,许多问题没有处理。“阿尔芬波加热日冕的理论要求,动摇需求耗散以将能量供应日冕,关于这样的耗散进程,迄今仍没有直接的观测依据。”田晖剖析,这项研讨发现的是在一次太阳迸发进程中所发作的改变阿尔芬波,而要验证动摇加热日冕这一理论,依然需求在太阳安静区观测到广泛存在的阿尔芬波的“倩影”。

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