【原】跟随环日轨道器，走进太阳营火，竟是日冕高温元凶？

天文在线 2023-04-08 发布于云南

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环日轨道器捕捉纳耀斑，日冕超高温或将揭秘

太阳 “营火”推动日冕的神奇加热

太阳最奇怪的现象之一可能是由表面的 “营火”引起。

图注：太阳“营火”的演变和计算机模拟的磁场区域（图片来源：Chen等人）

由欧洲空间局（ESA）和美国国家航空航天局（NASA）联合研制的太阳探测器在去年的研究中声明，日冕高温可能是由被称为“营火”的微型太阳耀斑驱动产生。太阳大气层，尤其是日冕层的温度，困扰了科学家数十载。大气层一直向外延伸数百万公里，达到不可思议的超高温170万华氏度（100万摄氏度），相比之下，太阳表层是“宜人的”9900华氏度（5500摄氏度）。这种差异是不符合逻辑的，因为在绝大多数情况下，接近热源的物质温度更高。科学家们认为一定有某种未知机理在起作用。

现如今，一项新研究表明，微型太阳耀斑释放出的能量足以维持日冕的超高温。该研究在欧洲地球科学联盟大会上发表，并被《天文学和天体物理》杂志接收发表。

研究采用电脑模拟太阳释放出的能量，希望能够产生类似于现实仪器测量的耀斑。德国马克斯·普朗克太阳系研究所的哈迪·彼得教授在欧洲空间局（ESA）发布的一份声明中表示，我们团队运行了模拟系统，可以看到与环日轨道器观测的“营火”一般规模的明亮区域。随后科学家们进一步调查了其中七个最亮的模拟“营火”的磁场扰动现象。

哈迪说模型描绘了磁场线，随时间的推移，可以看到明亮域内和周围磁场的变化。他补充说，追踪这些磁感线表明，一个被称作“重联”的过程似乎正在发生。科学家们假设磁重联会触发大规模太阳耀斑以及日冕物质抛射。这种太阳表面的可视化扰动产生于两条反向磁场线破坏和重联过程，并释放出了巨大的能量。北京大学博士生、ESA声明论文的主要作者陈亚杰（Yajie Chen）说，我们的模型显示，组件重联过程中“营火”释放的能量足以维持观测的日冕温度。

图注：去年ESA-NASA环日轨道器在第一批图像中发现的微型太阳耀斑是由磁场重联过程驱动的，这极可能是太阳外层大气被神秘加热的原因。（图片来源：ESA）

“营火”直径达250-2500英里（400-4000公里），对人类来说无疑是巨大的，我们熟知的太阳耀斑，是那些在地球上引起磁暴以及美丽的北极光的，而“营火”这类耀斑是非常微小的，能量可能相当于以往耀斑的百万分之一至十亿分之一。我们给予“营火”极大关注的原因在于其含量丰富，于2020年6月发布的第一幅太阳轨道探测的图片中，科学家们可以观察到“营火”覆盖了几乎整个太阳表面，就像蜡烛般闪烁了十几秒到几分钟。

1980年美国物理学家尤金·帕克，也是美国宇航局帕克太阳探测器的命名来源者，首次提出了微型太阳“营火”加热日冕的论断。如今哈迪的这项新研究或将表明帕克的想法是正确的。“我们的研究工作很幸运地建立在此前飞行器采集的数据之上，还有好几十年的理论和模型作为铺垫”欧空局环日轨道器探测项目科学家丹尼尔·穆勒表示，“我们期待着看到轨道探测器遗漏的数据，以及我们开发的太阳社区，将有助于破解这些开放性问题。”

尽管环日轨道器还没有正式投入科学应用，但现已捕获的观测数据是令人印象深刻的，它可以实现近距离太阳图像拍摄，目前尚处在被称作“巡航时期”的验证和轨道调整阶段，预计在2021年正式投入对太阳的科学研究。

揭示日冕的图像是环日轨道器于2020年6月在近日点处拍摄，距离太阳7700万公里（480万英里），大约是日地平均距离一半的位置，环日轨道器的控制器将继续缩紧环日轨道，达到最终距离至4200万公里。相较之下，帕克太阳探测器会更深入到太阳的大气环境中，从距离太阳表面超过1000万英里的地方经过。但帕克探测器并不携带用于太阳表面成像的相机，仅对近太阳环境进行其他测量。