日冕組成
日冕是太陽大氣的最外層,從色球邊緣向外延伸到幾個(gè)太陽半徑處,甚至更遠(yuǎn)。分內(nèi)冕、中冕和外冕,內(nèi)冕只延伸到離太陽表面約1.3倍太陽半徑處;外冕則可達(dá)到幾個(gè)太陽半徑,甚至更遠(yuǎn)。日冕由很稀薄的電離的等離子體組成,其中主要是質(zhì)子、高度電離的離子和高速的自由電子。日冕溫度是太陽表面溫度的數(shù)百倍。[2]
日冕可分為內(nèi)冕、中冕和外冕3層。內(nèi)冕從色球頂部延伸到1.3倍太陽半徑處;中冕從1.3倍太陽半徑到2.3倍太陽半徑,也有人把2.3倍太陽半徑以內(nèi)統(tǒng)稱內(nèi)冕。大于2.3倍太陽半徑處稱為外冕(以上距離均從日心算起)。廣義的日冕可包括太陽風(fēng)所能達(dá)到的范圍。
日冕溫度有100萬攝氏度,粒子數(shù)密度為1015/m3。在高溫下,氫、氦等原子已經(jīng)被電離成帶正電的質(zhì)子、氦原子核和帶負(fù)電的自由電子等。這些帶電粒子運(yùn)動(dòng)速度極快,以致不斷有帶電的粒子掙脫太陽的引力束縛,射向太陽的外圍。形成太陽風(fēng)。日冕發(fā)出的光比色球?qū)拥倪€要弱。
日冕主要由高速自由電子、質(zhì)子及高度電離的離子(等離子體)組成。其物質(zhì)密度小于2×10-12千克/米3,溫度高達(dá)1.5×106~2.5×106K。由于日冕的高溫低密度,使它的輻射很弱且處于非局部熱動(dòng)平衡狀態(tài),除了可見光輻射外,還有射電輻射,X射線,紫外、遠(yuǎn)紫外輻射和高度電離的離子的發(fā)射線(即日冕禁線)。
白光日冕有3個(gè)分量:①K冕。在2.3太陽半徑以內(nèi),由自由電子散射光球的連續(xù)光譜。②F冕。在2.3太陽半徑以外,起源于黃道面內(nèi)行星際塵埃粒子散射光球的光,它的光譜中有夫瑯和費(fèi)線,F(xiàn)冕又稱為“內(nèi)黃道光”。③E冕。又稱L冕,是日冕氣體離子發(fā)射線的光。日冕的磁場(chǎng)強(qiáng)度約1/10000~1/100特斯拉,隨距日面距離的增加而減小。
日冕形狀結(jié)構(gòu)
日冕形狀
日冕(圖1)
日冕的形狀同太陽活動(dòng)有關(guān)。在太陽活動(dòng)極大年,日冕接近圓形,而在太陽寧靜年則比較扁,赤道區(qū)較為延伸。日冕直徑大致等于太陽視圓面直徑的1.5~3倍以上。(見日冕周期變化)。
日冕結(jié)構(gòu)
NASA拍攝太陽南極巨大“日冕洞”(4張)
日冕的精細(xì)結(jié)構(gòu)有:冕流和極羽、冕洞、日冕凝聚區(qū)等。日冕的結(jié)構(gòu)一般隨時(shí)間緩慢地變化。人們認(rèn)為,觀測(cè)到的不同結(jié)構(gòu)可能是同一結(jié)構(gòu)在不同時(shí)期的表象。
日冕觀測(cè)
日冕輻射的波段范圍很廣,從X射線、可見光到波長很長的射電波,因此必須采用不同的儀器進(jìn)行觀測(cè)。通過X射線或遠(yuǎn)紫外線照片,可以看到日冕中有大片不規(guī)則的暗黑區(qū)域,這稱為冕洞。
在1931年發(fā)明日冕儀以前,人們只能在日全食時(shí)觀測(cè)到日冕,因?yàn)樗牧炼葍H為[[光球]]的百萬分之一左右,約相當(dāng)于滿月的亮度。在平時(shí),地面上大氣的散射光和觀測(cè)儀器的散射光,會(huì)大大超過日冕本身的亮度而將它淹沒。日全食時(shí)太陽光球被月球遮住,大氣和儀器的散射光隨之減弱,這樣就能很方便地觀測(cè)到日冕。盡管日全食的機(jī)會(huì)不多,天文工作者仍作很大努力把儀器裝備運(yùn)到發(fā)生日全食的地點(diǎn)去從事觀測(cè),這是因?yàn)橛幸恍┯^測(cè)(如驗(yàn)證愛因斯坦相對(duì)論和研究外冕等)只能在日全食時(shí)進(jìn)行。
平時(shí)要觀測(cè)日冕,必須使用能限度地消除儀器散射光的日冕儀。為了克服大氣散射光的影響,必須把日冕儀安置在高山上。不過用日冕儀也只能觀測(cè)到內(nèi)冕,而且只能得到白光日冕的部分信息。由于空間探測(cè)事業(yè)的發(fā)展,人們已將日冕儀放在火箭、軌道天文臺(tái)或天空實(shí)驗(yàn)室上進(jìn)行大氣外觀測(cè)。這樣,不僅可以觀測(cè)日冕的可見光波段,而且可以對(duì)紫外、遠(yuǎn)紫外和X射線輻射進(jìn)行探測(cè),同時(shí)也能在行星際空間對(duì)太陽風(fēng)取樣。有幾個(gè)射電波段的輻射能夠透過地球大氣層,所以在地面上可用射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)日冕作常規(guī)的觀測(cè)(見太陽射電)。
1868年,法國天文學(xué)家皮埃爾J.C.詹森在印度對(duì)一次日食進(jìn)行觀測(cè)時(shí),曾對(duì)日冕譜線進(jìn)行了記錄,并將記錄寄給了英國天文學(xué)家約瑟夫諾曼洛克伊爾,他是一位的光譜學(xué)專家。通過認(rèn)真的研究,洛克伊爾認(rèn)為這些譜線意味著在太陽大氣中存在一種未知的新元素,他將其命名為“氦”,這個(gè)稱謂在希臘語中意思是“太陽”,也就是“太陽中含有的元素”的意思。不過,這論斷沒過多久就被了。
1895年,蘇格蘭化學(xué)家威廉姆雷姆塞發(fā)現(xiàn)在地球上同樣存在“氦”。而“氦”是已知的一種被發(fā)現(xiàn)于地球以外的天體上的元素。
1931年,法國天文學(xué)家博納德弗第南德李?yuàn)W特發(fā)明了日冕儀,這一發(fā)明使人們?cè)陉柟馄照諘r(shí)也能夠?qū)θ彰岙a(chǎn)生的光線進(jìn)行觀測(cè)。在這一儀器的幫助下,我們最終發(fā)現(xiàn)日冕是太陽的一部分。當(dāng)時(shí),人們?cè)趯?duì)日冕進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn),日冕產(chǎn)生的譜線并不屬于光譜中的某一范圍。
日冕還產(chǎn)生其他一些奇特的譜線,但這并不意味日冕中還存在什么未知的元素。反之,這些譜線說明日冕中所含元素的原子中都含有不同數(shù)量的電子,而在高溫條件下,某些電子將脫離原子的束縛。
1942年,瑞典物理學(xué)家本杰特愛德蘭認(rèn)為日冕中的某些特殊譜線是鐵、碳和鎳原子在失去電子的情況下產(chǎn)生的。日冕并沒有突出的邊緣,而是不斷延伸,逐漸與整個(gè)太陽系融為一體,并在延伸的過程中逐漸減弱,直至對(duì)行星的運(yùn)動(dòng)無法構(gòu)成任何可觀的影響為止。太陽蘊(yùn)含的熱量將驅(qū)使帶電粒子沿不同方向向太陽外部迸射,美國物理學(xué)家尤金紐曼巴克爾于1959年時(shí)曾經(jīng)對(duì)此做出預(yù)言。
1962年,“水手-2號(hào)”探測(cè)器升至太空抵達(dá)金星時(shí)所探測(cè)到的結(jié)果驗(yàn)證了這個(gè)預(yù)言。這種帶電粒子的迸射被人們稱為“太陽風(fēng)”,其速度為400—700公里/秒。“太陽風(fēng)”的作用使各彗星的尾部均指向背離太陽的方向。同時(shí),構(gòu)成“太陽風(fēng)”的帶電粒子還會(huì)不斷撞擊各個(gè)行星,而且如果行星上具有南北極(正如地球上那樣),那么帶電粒子將由其北極向南極運(yùn)動(dòng)。
二十世紀(jì)70年代的空間探測(cè)器觀測(cè)發(fā)現(xiàn),日冕中有大片形狀不規(guī)則的黑暗區(qū)域,稱為冕洞。冕洞是日冕的低溫、低密度區(qū),大致可分為3種:極區(qū)冕洞、孤立冕洞和延伸冕洞。極區(qū)冕洞經(jīng)常存在南北極區(qū),孤立的中低緯冕洞尺度較小,從極區(qū)向赤道發(fā)展延伸的冕洞壽命較長,是高速太陽風(fēng)的重要源泉。當(dāng)太陽上有強(qiáng)烈X射線耀斑爆發(fā)和日冕物質(zhì)拋射時(shí),部分強(qiáng)大的等離子流飛達(dá)地球附近,往往引起很大的磁暴與強(qiáng)烈的極光,同時(shí)也發(fā)生電離層騷擾,影響地球短波通訊和衛(wèi)星通訊。地球兩極則會(huì)出現(xiàn)千姿百態(tài)的美麗極光。[3]
日冕洞
2015年1月1日,美國宇航局太陽動(dòng)力學(xué)觀測(cè)衛(wèi)星大氣成像組件拍攝到了太陽上的一個(gè)神秘現(xiàn)象——一片巨大的“黑洞”出現(xiàn)在太陽的南極區(qū)域,幾乎覆蓋了太陽的1/4。科學(xué)家表示,這片黑洞是一個(gè)巨大的日冕洞,它是太陽日冕層的一塊黑暗、低密度區(qū)域。在遠(yuǎn)紫外光的照射下,它看起來黯淡無光,仿佛是深入太陽中心的黑色深淵。
雖然從衛(wèi)星圖像上來看,日冕洞并沒有太陽活動(dòng),但實(shí)際上它釋放著猛烈的太陽風(fēng)暴,并以500英里/秒的速度噴涌太陽粒子,是別處太陽風(fēng)速度的3倍。科學(xué)家仍在研究造成日冕洞的具體原因,但它似乎與磁場(chǎng)活動(dòng)增強(qiáng)的區(qū)域有關(guān)。NASA表示,日冕洞是太陽目前的特征之一。NASA還表示,“由于日冕洞位于太陽最南邊,太陽風(fēng)對(duì)地球上的人類產(chǎn)生影響的可能性不大。”[4]
圖1
2015年5月,美國宇航局公布太陽表面壯觀的日冕環(huán),太陽動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)搭載的大氣成像組件負(fù)責(zé)拍攝太陽大氣層。它在不同波段進(jìn)行拍攝,每十秒鐘收集十張不同波長的成像數(shù)據(jù),以揭示太陽表面變化和內(nèi)部變化之間的聯(lián)系。圖1中的冕環(huán)非常清晰,藍(lán)色區(qū)域和黃色區(qū)域分別表示磁場(chǎng)的兩極,下面還覆蓋疊加了日球?qū)哟艌?chǎng)觀測(cè)儀觀察到的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。
2021 年夏天發(fā)射的氣象衛(wèi)星風(fēng)云三號(hào)E星上,搭載了一臺(tái)太陽X射線—極紫外成像儀,實(shí)現(xiàn)了中國空間日冕探測(cè)[8] 。
日冕輻射
輻射
日冕的輻射是在非局部熱動(dòng)平衡狀態(tài)下產(chǎn)生的,有以下幾種情況:①日冕氣體中的自由電子散射光球輻射,即白光日冕。②電子在熱運(yùn)動(dòng)中同質(zhì)子、α粒子以及各種重離子碰撞時(shí),產(chǎn)生軔致輻射。③處于亞穩(wěn)態(tài)的離子的禁戒躍遷,是日冕禁線的來源。④當(dāng)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生回旋加速輻射或同步加速輻射。這種過程對(duì)于產(chǎn)生日冕的較長波長(如射電波)的輻射是相當(dāng)重要的。⑤在日冕等離子體的靜電振蕩和阿爾文波等過程中也產(chǎn)生輻射。
日冕的可見光波段的連續(xù)輻射是日冕物質(zhì)散射光球的連續(xù)輻射的結(jié)果,因而日冕連續(xù)光譜的能量分布與光球很相似。白光日冕的光可分為:K日冕、F日冕、E日冕(有時(shí)稱L日冕)。太陽光譜的遠(yuǎn)紫外線和X射線主要是在日冕中產(chǎn)生的。光球溫度較低,在這兩個(gè)波段的輻射遠(yuǎn)沒有日冕強(qiáng)。為了不受光球輻射的干擾,常用遠(yuǎn)紫外線及X射線這兩個(gè)波段來拍日冕像。圖4表示用X射線拍到的日冕像。把可見波段的單色像同遠(yuǎn)紫外線和X射線等單色像作比較,便可研究太陽大氣不同層次的物理狀態(tài)(見太陽單色像)。
射電輻射
寧靜日冕射電輻射在一些方面與日冕X射線相類似,二者雖然只占太陽總輻射能的很小部分,卻能提供相當(dāng)數(shù)量的信息。對(duì)于X射線有很大意義的軔致輻射,對(duì)射電譜也很重要;用射電波與X射線一樣能直接觀測(cè)日冕的射電輻射而不受光球輻射的干擾。通過光譜分析得出日冕的e="3"<日冕的電子密度和運(yùn)動(dòng)溫度。
日冕溫度
日冕的溫度非常高,可達(dá)200萬度。令人不可思議的是,離太陽中心最近的光球,溫度是幾千度。稍遠(yuǎn)些的色球,溫度從上萬度到幾萬度。而距離太陽中心最遠(yuǎn)的日冕,溫度竟然高達(dá)上百萬度[5] 。這一反常的現(xiàn)象意味著什么,科學(xué)家們還未找到合理的解釋。冕的溫度很高,其數(shù)值達(dá)百萬數(shù)量級(jí),這并非臆想,而是以日冕發(fā)射的高能量X射線為依據(jù)的。不過,這種超高溫僅僅集中在日冕的個(gè)別原子中。而且這些原子廣泛分布于整個(gè)日冕中,其熱量總和并非高。
觀測(cè)表明,太陽大氣的溫度具有反常的分布,即從光球的5,770K慢慢降到光球頂部(光球與色球交界處)的4,600K,然后緩慢上升到光球之上約2,000公里處的幾萬度,再向上延伸約1,000公里形成了色球-日冕過渡層,溫度陡升至幾十萬度,到達(dá)低日冕區(qū)已是百萬度以上的高溫區(qū)了。究竟是什么原因造成這種反常增溫,仍是太陽物理學(xué)中多年來未解決的最重要問題之一。在過去數(shù)十年中對(duì)過渡層和日冕反常高溫的原因進(jìn)行了許多研究。聲波加熱機(jī)制、激波加熱機(jī)制、阿爾文波加熱機(jī)制、波與粒子的非共振湍動(dòng)加熱機(jī)制都曾被提出過,但是這方面的理論研究仍處于探索階段。
日冕高溫成因與高能粒子動(dòng)量不守恒有關(guān)。
動(dòng)量守恒定律:基礎(chǔ)物理學(xué)中對(duì)于動(dòng)量守恒,有嚴(yán)格的條件要求。其前提條件是,系統(tǒng)對(duì)象必須是剛體,并且系統(tǒng)不受外力。松散的系統(tǒng),如棉花團(tuán)之間就不適合動(dòng)量守恒原理。同樣,高能粒子在一些物理環(huán)境下,也不會(huì)嚴(yán)格遵循動(dòng)量守恒原理。就像棉花團(tuán)吸收動(dòng)能一樣,在強(qiáng)大引力場(chǎng)和高壓環(huán)境下,高能粒子內(nèi)部系統(tǒng)也會(huì)吸收額外的能量以保證其系統(tǒng)在環(huán)境中的穩(wěn)定。
在宇宙粒子演化中,可能會(huì)存在這種現(xiàn)象。一個(gè)在某個(gè)空間中高速游離的某種高能粒子體A,它是屬于那種能量滿載并且可能隨時(shí)溢出電子或者光子的高能粒子體,其能量的承載遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出它穩(wěn)定期的狀態(tài)。但是,最后這個(gè)高能粒子體A并沒有溢出任何的能量,而是轉(zhuǎn)化成其它種類的粒子體B,而這個(gè)新的粒子B能穩(wěn)定存在于其當(dāng)下的環(huán)境中。
我們可以看到,整個(gè)轉(zhuǎn)變過程,總體的能量是沒有變化的。而粒子A變成粒子B,的變化就是質(zhì)量變化。從粒子A的高能隨時(shí)溢射狀態(tài),轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的粒子B。在凝聚的過程,粒子A的速度在轉(zhuǎn)變成粒子B后的速度變小。從以下動(dòng)能公式我們可以簡單得到結(jié)論。(見示意圖2)
(注意:粒子A、B只是概念符號(hào),其粒子本身在過程中,可能并沒有變成其他粒子,只是在質(zhì)量或者速度上發(fā)生了變化。)
這種情況無法再用動(dòng)量守恒作為解決方法了。而這種粒子轉(zhuǎn)化,可能需要在某些特殊環(huán)境中才能實(shí)現(xiàn)。但是,正是這種粒子轉(zhuǎn)化的原理,卻可以為我們提供一個(gè)運(yùn)動(dòng)力學(xué)的研究方向。我們通常研究的宇宙空間環(huán)境是比較穩(wěn)定的。我們所有的推想假設(shè)都是在理想環(huán)境中。而這種怪異的現(xiàn)象,可能在我們對(duì)于已經(jīng)穩(wěn)定中的宇宙空間環(huán)境或者平穩(wěn)的實(shí)驗(yàn)室里無法觀察到。
從非動(dòng)量守恒的公式,我能估想到陽日冕層的可高達(dá)100萬高溫的可能成因。從太陽上拋射出來的高能粒子,在離開太陽的一定引力和壓力有效區(qū)后,高能粒子可能有經(jīng)歷質(zhì)量變小速度變大的過程,致而該區(qū)域的粒子變的相當(dāng)活躍。(見示意圖3)
圖3
粒子的這種非衰變而產(chǎn)生的質(zhì)量變化,可能在一些高密度質(zhì)量的星體或者早期宇宙中普遍存在。而這個(gè)過程,可以用海底的氣泡形容。幾千米深的海底,冒出一個(gè)氣泡。剛開始的時(shí)候因?yàn)楹5椎乃畨汉芨撸瑲馀莺苄 5S著氣泡往升的距離越靠近水面,海水的壓力就越小,氣泡就開始膨脹或者溢出幾個(gè)新的泡泡,以達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)(見氣泡示意圖4)。從太陽溢出的高能粒子也是一樣的。(此猜想來自《星際之門-空間飛行器超光速原理》韓統(tǒng)義著)
日冕磁場(chǎng)擾動(dòng)
從磁流體力學(xué)觀點(diǎn)來看,太陽大氣中的磁場(chǎng)應(yīng)是一個(gè)統(tǒng)一的整體,即日冕磁場(chǎng)同光球磁場(chǎng)和色球磁場(chǎng)是密切相關(guān)的。在日冕照片上所看到的日冕大尺度非均勻結(jié)構(gòu):冕流、極羽、凝聚區(qū)和盔狀物等大多是日冕磁場(chǎng)的不均勻分布引起的。例如,兩極的羽狀物很像磁石兩極附近的鐵屑花樣,這曾被用來推算日冕的偶極場(chǎng)。但是,與光球場(chǎng)和色球場(chǎng)不同,由于觀測(cè)上的困難,很難由測(cè)量譜線的塞曼裂距直接求出日冕的磁場(chǎng)(見塞曼效應(yīng)),因而只能用間接的觀測(cè)方法或理論計(jì)算來求。如今廣泛采用由光球磁場(chǎng)計(jì)算日冕磁場(chǎng)的方法,因?yàn)楣馇虼艌?chǎng)可以比較準(zhǔn)確地測(cè)定,而且每天都有記錄。假設(shè)低日冕區(qū)磁場(chǎng)是無力場(chǎng),并且是無電流場(chǎng),利用觀測(cè)的光球磁場(chǎng)資料作為邊界條件來解無電流場(chǎng)方程,就可得到日冕磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向。
1968年紐科克等首*行這方面的研究,他們把計(jì)算出來的日冕磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)與日冕的形狀作比較,結(jié)果相當(dāng)滿意。研究結(jié)果表明,日冕的磁場(chǎng)強(qiáng)度在1~100高斯范圍內(nèi),隨距日面的距離的增大而減小。在一個(gè)天文單位處由空間直接測(cè)量得的行星際磁場(chǎng)平均約為5×10-5高斯,具有阿基米德螺旋線的磁結(jié)構(gòu)。在太陽活動(dòng)強(qiáng)烈時(shí),與活動(dòng)客體共生的日冕局部磁場(chǎng)的強(qiáng)度要大得多,這時(shí)行星際磁場(chǎng)的強(qiáng)度也有較大的增加。日冕磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)有兩種:一種是封閉式的場(chǎng)結(jié)構(gòu),其對(duì)應(yīng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)是盔狀冕流;另一種是開放式結(jié)構(gòu),其對(duì)應(yīng)物是冕洞。而與耀斑共生的局部擾動(dòng)區(qū)域,則常常是部分開放、部分封閉的場(chǎng)結(jié)構(gòu)。
日冕或其中某一部分在短時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)擾動(dòng),這種擾動(dòng)表現(xiàn)為在幾秒到一小時(shí)內(nèi)對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、粒子加速、日冕密度和溫度變化的影響。日冕擾動(dòng)可分三類:①長期擾動(dòng),時(shí)間為幾天到幾個(gè)月,表現(xiàn)為日冕結(jié)構(gòu)的變化被大尺度光球磁場(chǎng)的變化所控制。長期擾動(dòng)控制著太陽風(fēng)和行星際磁場(chǎng)。②快速擾動(dòng),時(shí)間從幾分鐘到幾小時(shí)。表現(xiàn)為可見光、射電連續(xù)輻射和軟X射線輻射的增強(qiáng)。快速擾動(dòng)引起強(qiáng)烈的行星際激波。③脈沖擾動(dòng),時(shí)間在幾秒以下。表現(xiàn)為射電爆發(fā)和硬X射線爆發(fā)。有這種擾動(dòng)時(shí),發(fā)生粒子加速過程和非熱輻射(見太陽射電爆發(fā)和太陽脈沖式硬X射線爆發(fā))。
日冕擾動(dòng)的研究同太陽其他活動(dòng)和行星際擾動(dòng)的研究有關(guān)。這方面的研究工作如今十分活躍。
日冕科研成果
據(jù)國外媒體報(bào)道,美國宇航局計(jì)劃2018年7月31日發(fā)射探測(cè)器,它將以的近距離接近太陽。這項(xiàng)太空計(jì)劃叫做“太陽探測(cè)器附加任務(wù)(Solar Probe Plus)”,將對(duì)太陽日冕層進(jìn)行4項(xiàng)實(shí)驗(yàn),研究太陽風(fēng)和太陽表面釋放的能量粒子。
在近距離接近太陽期間,探測(cè)器與太陽的最近距離為611萬公里,其外部溫度將達(dá)到1399攝氏度。據(jù)悉,按原定計(jì)劃,這枚探測(cè)器將在2018年7月31日于佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地由三角洲4號(hào)重型火箭攜載發(fā)射升空,發(fā)射時(shí)間窗口開啟20天。
長期以來,科學(xué)家期望發(fā)射探測(cè)器穿過太陽日冕層(太陽大氣最外層),更好地理解太陽風(fēng)以及進(jìn)入太陽系的物質(zhì)。太陽探測(cè)器附加任務(wù)的主要科學(xué)任務(wù)是跟蹤太陽能量流動(dòng),以及理解太陽日冕的加熱,探索加促太陽風(fēng)和能量粒子活動(dòng)的物理原理。[6]
2019年12月4日,英國《自然》雜志同時(shí)公開4篇天體物理學(xué)重要研究成果——“帕克”太陽探測(cè)器的原始數(shù)據(jù)。該探測(cè)器超越了太陽的日球?qū)樱诌_(dá)距太陽約2400萬公里處,其上搭載的儀器對(duì)日冕中的活動(dòng)進(jìn)行了觀測(cè),為人類理解太陽風(fēng)的起源和高能粒子物理學(xué)提供了新見解。
日冕產(chǎn)生太陽風(fēng)——由太陽不斷發(fā)出的高能粒子。遠(yuǎn)程觀測(cè)已經(jīng)揭示了太陽風(fēng)形成背后部分機(jī)制的細(xì)節(jié),但是其他過程一直較難探索。大部分測(cè)量都是在距離太陽1個(gè)天文單位(日地平均距離)處進(jìn)行的。已知太陽風(fēng)由太陽向地球運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生變化,但是這些變化的程度和起源一直都不清楚。
現(xiàn)在,帕克太陽探測(cè)器提供了迄今距離太陽最近的日冕觀測(cè)結(jié)果,實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽的觀測(cè)。例如,過去的任務(wù)已經(jīng)表明太陽風(fēng)自日冕發(fā)出時(shí)會(huì)加速,但是這背后的原因卻不甚明了。在本次發(fā)表的一項(xiàng)研究中,美國密歇根大學(xué)安娜堡分校團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱,磁場(chǎng)變化增加了太陽風(fēng)外流的速度。他們測(cè)量所得的速度高于模型研究預(yù)測(cè)的速度。
在另一項(xiàng)研究中,加州大學(xué)伯克利分校重點(diǎn)研究了慢太陽風(fēng)(速度低于500公里/秒),其起源不如快太陽風(fēng)明確。他們發(fā)現(xiàn)慢太陽風(fēng)起源于太陽赤道附近的日冕洞。
英國倫敦大學(xué)學(xué)院穆拉德空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室丹尼爾·維斯查倫評(píng)論稱,在接下來的5年里,“帕克”探測(cè)器將不斷接近太陽,最終抵達(dá)距離太陽表面僅略超過600萬公里處,并將繼續(xù)帶來新的發(fā)現(xiàn)。在此期間,太陽將進(jìn)入其11年活動(dòng)周期中的較活躍階段,因此我們可以期待未來幾年收獲更加令人興奮的結(jié)果。[7]