天文学家观察到冠状加热的长假说机制

2013年10月19日拍摄的这张照片显示了太阳上的一根细丝–一条相对凉爽的太阳能材料的巨大色带穿过太阳的大气层电晕。在这张照片中可以清楚地看到组成细丝的齿间线。这张图片是由JAXA / NASA的Hinode太阳天文台上的太阳光学望远镜拍摄的。研究人员研究了这种灯丝，以了解更多有关电晕中被加热的材料的信息。学分：JAXA / NASA / Hinode

一组天文学家已经观察到一种假设很长时间的日冕加热机制，其中电磁波被转换成热能。

现代望远镜和卫星帮助我们从远处测量了炽烈的太阳高温。通常，温度遵循清晰的模式：太阳通过在其核心中融合氢来产生能量，因此，当您向外移动时，围绕核心的层通常会变凉-一个例外。NASA的两次飞行任务已经迈出了重要的一步，那就是理解为什么日冕-太阳大气的最外层稀疏层-比下部可见光层（太阳可见表面）的温度高数百倍。

在2015年8月10日出版的《天体物理学杂志》上的两篇论文中，研究人员在日本名古屋大学的Joten Okamoto和日本国立天文台的Patrick Antolin的带领下，观察到了一个长期假设的日冕加热机制。哪些电磁波被转换成热能。过去的论文表明，太阳中的电磁波（Alfvénic波）具有足够的能量来加热日冕。问题是能量如何转化为热量。

“三十多年来，科学家一直为这些波如何加热等离子体提供一种机制，”安托林说。“此过程的一个重要部分称为共振吸收-我们现在是第一次直接观察到共振吸收。”

共振吸收是一个复杂的波过程，其中反复的波向太阳能材料（一种称为等离子的带电气体）添加能量，就像在挥杆动作上定时正确地反复推动它可以使其走得更高一样。共振吸收具有标志性，可以在材料从一侧到另一侧以及从前到后移动的过程中看到。

为了查看整个运动范围，该团队使用了NASA的接口区域成像光谱仪（IRIS）和日本航空航天局（JAXA）/ NASA的Hinode太阳天文台的观测结果，成功地识别了该过程的特征。然后，研究人员将签名与材料加热到接近电晕水平的温度相关联。这些观察结果告诉研究人员，某种类型的等离子波被转换为更湍流的运动，从而导致大量摩擦和电流，从而加热了太阳能材料。

这是一个模拟的太阳能材料线（称为灯丝）的横截面，它盘旋在太阳的大气层中。黄色区域是线本身，其中的材料较密，而黑色区域是周围的密度较小的材料。特有的波浪运动导致围绕黄线边缘的复杂湍流，从而加热了周围的黑色材料。该模型是由日本国家天文台计算天体物理学中心的Aterui超级计算机创建的。学分：NAOJ /帕特里克·安托林

研究人员专注于被称为灯丝的太阳能特征。细丝是由磁场在电晕中高举的，相对较冷的等离子体的巨大管子。研究人员开发了一个计算机模型，用于研究灯丝管内材料如何运动，然后使用太阳观测卫星寻找这些运动的特征。

“通过数值模拟，我们发现观察到的特征运动与共振吸收所期望的相匹配，” Antolin说。

这些动议的特征体现在三个方面，如果没有多个任务的团队合作，很难观察到。从我们的角度来看，Hinode的太阳光学望远镜用于测量运动，这些运动看起来像是上下或左右，科学家称其为“天空平面”。共振吸收模型依赖于以下事实：灯丝管中包含的等离子体以特定的波动运动，这种波动称为Alfvénic扭结波，是由磁场引起的。细丝中的Alfvénic扭结波会引起天空平面的运动，因此这些波的证据来自Hinode的超高分辨率光学望远镜的观测。

视线观察更为复杂-视线是指在三维空间中朝向和远离我们的运动。共振吸收过程可以将Alfvénic扭结波转换为另一个Alfvénic波运动。要查看此转换过程，我们需要同时观察在天空平面和视线方向上的运动。这就是IRIS的用武之地。IRIS接收一种称为光谱的特殊数据。对于IRIS紫外线望远镜拍摄的每幅图像，它还会创建一个光谱，该光谱将图像中的光分解为不同的波长。

分析不同的波长可以为科学家提供更多详细信息，例如材料是朝向观察者移动还是远离观察者移动。就像警报器向您移动的声音听起来与远离警报器的声音不同，如果光波的源向着观察者或远离观察者移动，它们可能会被拉伸或压缩。波长的这种轻微变化被称为多普勒效应。科学家将他们对多普勒效应的知识与固定灯丝的预期发射相结合，以推断灯丝如何在视线范围内运动。

“这是在时间，空间和光谱这三个方面的高分辨率观测的结合，使我们能够看到这些以前无法解决的现象，”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的IRIS任务科学家阿德里安·道（Adrian Daw）说。 。

研究人员使用希诺德（Hinode）的天空平面观测和IRIS的视线观测，发现了与他们这种可能的日冕加热机制模型相一致的特征波运动。此外，他们还观察到了材料随着波浪运动而变热，进一步证实了该过程与太阳大气中的加热有关。

洛克希德·马丁太阳能和天体物理学实验室的IRIS科学负责人Bart De Pontieu说：“我们会看到对冷等离子体敏感的过滤器中的细丝线消失，并重新出现在过滤器中，以获取较热的等离子体。”

另外，对两个波动的比较显示出时间延迟，称为相位差。研究人员的模型预测了这一相位差异，从而提供了一些最有力的证据，证明该团队正确地理解了他们的观察结果。

尽管共振吸收在整个过程中起着关键作用，但它不会直接导致发热。研究人员的模拟显示，转换后的波动会导致灯丝管边缘附近产生湍流，从而加热周围的等离子体。

似乎共振吸收是能量传输机制作用的极佳候选者，尽管这些观察结果是在过渡区域而不是电晕中进行的，但研究人员认为，这种机制在电晕中也很常见。

De Pontieu说：“现在，这项工作开始研究这种机制是否还将血浆加热到冠状温度。”

在过去的20年中，随着12多次任务的启动，我们对太阳及其与地球和太阳系的相互作用的了解比人类历史上的任何时候都要好。太阳物理系统天文台的任务正在共同努力，以解开日冕的加热问题以及太阳的其他未解之谜。

由日本航天探索局牵头的Hinode任务是日本，美国，英国和欧洲的航天机构之间的合作。IRIS是NASA的小型资源管理器； NASA Goddard管理着位于华盛顿的NASA科学任务局的“探索者计划”。洛克希德·马丁公司设计了IRIS天文台，并管理NASA的任务。

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