一个由 1000 多名天文学家和大学生组成的研究团队，刚刚在解开天文学中一个长期存在的谜团方面取得了一步进展：为什么太阳的外层，也就是日冕，会热得如此离谱？太阳表面的温度为 10,000°F，但向上千里，太阳日冕的温度却会飙升数百倍。这就好比你为了逃离一个过于热情的空间加热器而穿过房间，但你在离热源更远的地方反而感觉更热，而不是更冷，这完全违背了常理。
该研究团队利用了数百次对太阳耀斑——我们恒星表面喷射出的炽热等离子体——的观测，以确定是什么在加热太阳的日冕。相关研究结果已于 5 月 9 日发表在《天体物理学杂志》上。然而，这项研究最引人注目的是他们是如何做到的：在科罗拉多大学数百名参加物理课的本科生的帮助下，他们总共花费了超过 56,000 个小时，历时多年。
首席作者、约翰霍普金斯应用物理实验室的研究科学家兼工程师詹姆斯·保罗·梅森（James Paul Mason）称之为“三赢局面”。他补充道：“我们能够利用大量的脑力来解决一个真正的科学挑战，而学生们也亲身体验了科学研究的过程。”
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这个课堂项目始于 2020 年，当时科罗拉多大学物理学教授希瑟·莱万多夫斯基（Heather Lewandowski）发现自己正在教授一门实验物理课，而由于 COVID-19 大流行，这门课不得不转向线上授课——这实在是一个巨大的挑战，尤其是对于一门实践性很强的科学课程。幸运的是，梅森有一个关于太阳耀斑的项目想法，需要很多人力，而通常研究量子力学领域不同课题的莱万多夫斯基看到了这个机会。
“日冕的温度为何远高于太阳‘表面’，是太阳物理学中一个主要的未解之谜，”莱万多夫斯基说。关于这个困境，即所谓的日冕加热问题，有两种主要的解释。一种理论认为，太阳巨大的磁场中的波浪将热量推入了日冕。另一种理论则认为，一些微小的、看不见的太阳耀斑，称为纳米耀斑，将其加热，就像用一千根火柴而不是一个大喷枪一样。
纳米耀斑太小了，我们的望远镜无法捕捉到，但通过研究其他较大耀斑的大小，科学家可以估算出这些微弱辐射爆发的普遍性。而且，尽管人工智能在不断进步，但目前的自动化程序还无法进行梅森和莱万多夫斯基所需的分析。莱万多夫斯基班级里的学生小组分别使用了不同太阳耀斑的数据，深入研究细节，测量每个耀斑向日冕释放的能量。他们共同的研究结果表明，纳米耀斑可能不足以将日冕加热到我们看到的如此高的温度。
然而，科学研究结果仅仅是新闻的一半。莱万多夫斯基和梅森开创了一种将真实研究带入课堂的新方法，让学生不仅能学习科学，还能自己动手做。这种大规模的学生研究活动在生物学和化学领域更为常见，但在物理学领域几乎闻所未闻——直到现在。“学生们参与了研究的各个方面，从文献综述、与首席研究员的会议、项目提案阶段，到数据分析和对他们分析的同行评审，”莱万多夫斯基说。她还补充说，许多学生的参与以及他们小组合作的方式，也提醒我们“科学本质上是一项协作性的事业”。
“我希望我们能够启发一些教授尝试用他们班级的学生来做这件事，”梅森说。“我迫不及待地想看到他们能够取得什么样的成果。”
