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翻譯:劉奕征
校對(duì):牧夫天文校對(duì)組
后期:庫(kù)特莉亞芙卡 李子琦
責(zé)任編輯:王啟儒
太陽上也會(huì)下雨!雖然這和地球上的雨完全不同。在日冕(即從太陽可見表面向外延伸數(shù)百萬公里的超熱大氣層)中,偶爾會(huì)形成較冷的等離子體團(tuán)塊并回落,天文學(xué)家將這種現(xiàn)象稱為"日冕雨"。迄今為止,這種降雨現(xiàn)象的形成機(jī)制始終成謎——尤其是在太陽耀斑期間日冕雨似乎會(huì)加速墜落的現(xiàn)象更令人費(fèi)解。近日,夏威夷大學(xué)天文學(xué)研究所的研究人員終于揭開了這個(gè)謎團(tuán)。
NASA太陽動(dòng)力學(xué)觀測(cè)站的大氣成像組件(AIA 304)在304埃波長(zhǎng)下拍攝的太陽。
Credit:NASA/SDO (AIA)
太陽的日冕是一個(gè)非同尋常的區(qū)域,其溫度超過一百萬攝氏度,遠(yuǎn)高于其下方的太陽可見表面(光球?qū)樱┑臏囟?。在太陽耀斑(磁能的劇烈釋放)期間,等離子體會(huì)急劇冷卻并凝結(jié)成致密的團(tuán)塊,這些團(tuán)塊會(huì)墜向太陽的光球?qū)樱纯梢姳砻妫H彰嵊戡F(xiàn)象就是由這些下落的較冷的物質(zhì)導(dǎo)致的。然而,現(xiàn)有的太陽模型無法解釋這種物質(zhì)冷卻的速度。
日全食期間,太陽的日冕和日珥肉眼可見
Credit:Luc Viatour
傳統(tǒng)的太陽模型假設(shè)特定元素在日冕中的分布無論在空間還是時(shí)間上都保持恒定。這種簡(jiǎn)化使得計(jì)算結(jié)果易于處理,但當(dāng)科學(xué)家們?cè)噲D將他們的模型與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果相匹配時(shí),就產(chǎn)生了顯著的誤差問題。先前的理論認(rèn)為,日冕雨的形成需要幾小時(shí)乃至于幾天的加熱,然而太陽耀斑的整個(gè)過程僅幾分鐘。顯然,基本理論遺漏了某些關(guān)鍵因素。
盧克·貝納維茨(Luke Benavitz)和杰弗里·里普(Jeffrey Reep)通過研究彌補(bǔ)了上述缺失。他們的研究表明,構(gòu)建元素豐度隨時(shí)間變化的模型,最終結(jié)果就能夠與實(shí)際的太陽觀測(cè)結(jié)果相匹配。像鐵這樣的元素并非均勻分布在日冕中,而是隨著環(huán)境條件的變化不斷改變。當(dāng)將這種變化納入模型后,預(yù)測(cè)到的日冕雨的爆發(fā)時(shí)間就能與實(shí)際在太陽耀斑期間觀測(cè)到的情況相符。
在NASA太陽動(dòng)力學(xué)觀測(cè)站拍攝的極紫外光圖像中,物質(zhì)在一次太陽耀斑期間從太陽邊緣升起
Credit:NASA/SDO
科學(xué)家們利用冷卻過程來幫助理解日冕中的加熱機(jī)制,因?yàn)樗麄儫o法直接觀測(cè)能量是如何累積到該區(qū)域的。如果模型一直以來都錯(cuò)誤地處理了元素的豐度問題,那么對(duì)冷卻時(shí)間的估算很可能也是錯(cuò)誤的。這一認(rèn)識(shí)表明,關(guān)于日冕加熱的基本假設(shè)可能需要被重新審視。
認(rèn)識(shí)到元素分布情況是動(dòng)態(tài)變化的,這為研究太陽外層的活動(dòng)以及能量如何在其大氣中傳播開辟了全新的方向。這些見解最終可能有助于人類對(duì)太陽風(fēng)暴(即可能干擾衛(wèi)星、電網(wǎng)和通信系統(tǒng)的空間天氣)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
這項(xiàng)始于對(duì)一種奇特太陽現(xiàn)象探究的研究揭示出,我們關(guān)于太陽活動(dòng)的模型需要被進(jìn)一步完善。有時(shí),最重要的科學(xué)突破并非來自于全新的現(xiàn)象,而是源于認(rèn)識(shí)到我們之前所持的固有假設(shè)是錯(cuò)誤的。
『天文濕刻』 牧夫出品
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