德州大小的等离子体“炮弹”可能有助于解开太阳最大的谜团之一

这场发生在太阳色球层。

太阳表面正在进行一场战斗。波浪状的尖刺向上喷射数千英里高,而等离子体炸弹在太阳黑子边缘爆炸。现在,太阳研究人员可能已经观测到了我们最近的恒星武器库中的另一种武器:德克萨斯州大小的热量和光球。

根据《天体物理学期刊通讯》上的一份最新报告,这些球体在太阳表面和日冕(大气层)之间的等离子体中快速移动。进行观测的日物理学家将其命名为“炮弹”,因为它们飞行时会划出弧线(并且,大概是因为它听起来非常酷)。这一未经证实的现象可能有助于解释太阳上层大气中存在的异常高温,以及等离子体物理学的其他未解之谜。

这场发生在太阳色球层,色球层起始于光球层(会让你失明的那个部分)结束的地方,并延伸到日冕(日食期间可见的纤细大气层)。然而,这个过渡区究竟是如何运作的仍然未知,温度在短短数千英里内,会 从凉爽的 10,000 华氏度不可思议地飙升至数百万华氏度。

“为什么温度变化如此之快仍然是一个大问题,”中国科学院国家天文台博士生、该研究的合著者李晓红说。“这是所有(太阳)物理学家都在努力解决的问题。”

李和她的同事们通过观看来自各种高分辨率太阳望远镜拍摄的数十小时的录像,专注于色球层发出的特定深红色氢光,从而深入了解了这个神秘的等离子体层。六个月来,该团队每天下载视频并仔细搜索线索。“任何人都可以发现它,”李说。“人们并不关注如此微小的细节。”

当国家天文台教授张军在 2018 年春天从抚仙太阳观测站的太阳望远镜录像中发现第一个飞行炮弹时,他认为这只是记录中的一个异常。然而,在搜索了望远镜的存档一个多月后,他找到了第二个例子。他说,直到该团队收集到 handful of 这些事件后,他才开始感到兴奋。他们最终发现了 20 颗炮弹,并估计在任何给定时间,大约有 40 个这样的球体在色球层中飞行。

这些直径约 700 英里、速度约 125,000 英里/小时的团块,代表了大量的热量和能量。研究人员提出,太阳的磁能以一种暴力但尚未被充分理解的事件——称为重联——发射这些炮弹。太阳翻滚的表面将强大的磁场弧形地射入色球层,当两个方向不同的磁场弧碰撞时 它们会突然断裂,然后以新的方向重新连接。在大气层更高处,这些爆炸的更具能量的版本会触发太阳耀斑和 日冕物质抛射。当该团队将他们的视频片段与 NASA 太阳动力学天文台的高级磁场图像进行交叉引用时,他们发现有初步证据表明重联是他们炮弹的动力来源,并沿着磁场弧线发送它们。

然而,其他太阳科学家表示,如果没有详细的磁场测量,炮弹可能不配得上它们朗朗上口的名字。根据马克斯·普朗克太阳研究所以及太阳圈科学家 Michiel van Noort 的说法,任何分辨率不够清晰的特征都可能呈现球形,而且没有实际的高度数据,它们上升和下降的行为仍然是推测性的。他怀疑这些特征可能不是从表面抛射出的实际物理物质团块,而是色球层等离子体中普遍存在的波浪。他说,这种等离子体脉冲不需要像重联那样复杂的东西来启动。

加州大学洛杉矶分校(UCLA)的太阳物理学家、NASA 现行帕克太阳探测器任务的观测科学家 Marco Velli 也有类似的疑问。他说,炮弹的速度接近色球层等离子体波的速度,而且没有更多的例子,很难区分两者。

然而,他认为这些结果很有趣,并希望后续研究——也许利用人工智能对太阳录像进行更广泛的调查——能够发现更多可供研究的案例。如果进一步的审查确实证实了磁重联导致了炮弹的产生,那么它们将成为了解重联在平静、相对低能环境中的一个重要窗口。更深入地理解重联如何将能量和物质射入太阳大气层,也将有助于我们弄清楚该现象对日冕加热的贡献程度。

Velli 强调,物理学家需要从重联中获得每一个可能的见解,这不仅是为了理解太阳。缺乏对重联的详细理解也是实现核聚变能源的主要障碍,核聚变反应堆需要强大、稳定、不重联的磁场来控制等离子体。[重联] 是一个普遍的过程,”他说。“它很重要。”

 

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Charlie 是一名记者,报道地球内外物理科学领域的发展。除了《流行科学》,他的作品还发表在《Quanta Magazine》、《Scientific American》、《The Christian Science Monitor》等刊物上。此前,他曾在莫桑比克和日本教授物理和英语,并在布朗大学学习物理。您可以在这里查看他的网站。


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