为什么大气层比表面热?
从美国太空总署(NASA)太空观测站传回来的照片,正在协助解决自1940年代以来,困扰着科学家的一个谜团:为什么太阳的外部大气、日冕,比看到的表面热。
而且我们也不是在说温度差异很小。在太阳的可见表面,你可以预料大约是摄氏5,500度(或华氏9,932度)的烘烤温度。但在日冕,温度大约是2百到5百倍的温度。
现在,根据来自太阳过渡层成像光谱仪卫星(Interface Region Imaging Spectrograph,IRIS)任务的观察,美国太空总署研究人员认为日冕被"热弹(heat bombs)"爆炸部分地加热,热弹是能量冲击波造成的,来自日冕磁场的纵横交错与重新排列。
这也可以回答是否日冕被突然均匀加热、或者在个别气阱中快速散开遍及大气上层的问题。这是自从发现到日冕的极度高温以来,科学家一直在想知道的一些事物。
太阳过渡层成像光谱仪使得弄明白这件事变得更容易,因为它能够分析太阳的过渡区域(solar transition region),这是介于太阳表面和日冕之间的区域,而且能够以前所未有的详细,来测量热气体运动。
哈佛史密松天文物理中心(Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics)的首席研究员保拉·特斯塔(Paola Testa)解释:“因为太阳过渡层成像光谱仪能够比以前的仪器好10倍,来解决过渡区域的问题,所以我们能够看到热物质在日冕低层的磁场上下窜。”
“这是与奥斯陆大学(University of Oslo)的模型相容,其中磁重联(magnetic reconnection)在日冕里爆出热弹。”
这个磁重联是释放高温和能量的地方,也是造成其他现象的原因,例如太阳耀斑(solar flares)。
自从2013年发射太阳过渡层成像光谱仪卫星以来,它扮演着像是一个放大镜,被用来研究太阳大气的边缘,一直让我们更清楚地观察这种太阳活动真正在做什么。
先前,研究人员使用太阳过渡层成像光谱仪所拍的照片,找到名为纳米耀斑(nanoflare)的微型太阳耀斑证据,那里是太阳藉由送出热电浆撞击到大气的上层来释放能量。
那些纳米耀斑的观测被美国太空总署另一颗卫星极紫外正入射光栅摄谱仪(Extreme Ultraviolet Normal Incidence Spectrograph,EUNIS)所送回的数据证实。
再次由于太阳过渡层成像光谱仪敏锐的眼睛,现在我们也可以把磁场的爆炸活动加到这个混合物。
新研究的一种方向可以在地球帮助我们,这个方向是当太阳风暴可能会撞击时,给了我们一个更好的想法。当太阳能的强力射出摧毁地球磁场时,这样的事件能够导致地球严重的破坏。
对核融合的研究,也要依赖于对太阳运作的完全了解。如果我们想要开发这种干净、安全、以及几乎无限的能源,那么我们需要更加了解太阳周围发生的化学反应。
来自洛克希德‧马丁太阳与天文物理实验室(Lockheed Martin Solar & Astrophysics Laboratory)的太阳物理学家巴特·德·庞蒂厄(Bart De Pontieu)认为,比起科学家过去一起做的,太阳过渡层成像光谱仪的技术将继续提供更好的数据组。
他说:“这个[日冕加热]问题涉及到很多复杂的物理过程,很难在理论模型中直接测量或捕获。”
下面的美国太空总署影片会更详细地解释日冕加热:
这项研究成果发表于天文物理学期刊(The Astrophysical Journal)。