太阳大气层的温度是其表面的几百倍——原因如下

Mongta Studio / Shutterstock

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2021年5月25日

写作谈话,来自物理系的玛丽安娜·科索斯博士和休·摩根博士讨论了Alfvén波(80年前首次提出)是如何解释太阳大气比其表面热得多的:

太阳的可见表面光球层约为6000°C。但是在太阳上方几千公里的地方——考虑到太阳的大小,这是一个很小的距离——太阳大气层,也被称为电晕,数百次更热,达到百万摄氏度或更高。

在大多数恒星中观察到距离太阳的主要能量源增加,尽管距离太阳的主要能源增加了速度,但是基本的难题天体物理学家已经思考了几十年。

1942年,瑞典科学家HannesAlfvén提出了一个解释.他理论上,磁化波的等离子体可以从太阳的磁场中从其内部到电晕携带巨大的能量,在阳光下爆炸之前绕过射击射击射击。

这个理论已经被暂时接受了——但是我们仍然需要以经验观测的形式来证明这些波的存在。我们最近的研究终于实现了这一点,验证了Alfvén 80年前的理论,并让我们离利用地球上的这种高能现象更近了一步。

燃烧的问题

日冕加热问题自20世纪30年代后期以来一直成立,当时瑞典频谱师BengtEdlén和德国天体物理学家Walter Grotrian首次观察到太阳电晕的现象,只有在它的温度是几百万摄氏度

这表示温度高达1,000次比它在它下面的光翼更热,这是我们可以从地球中看到的太阳的表面。估计Photosphere的热量一直相对简单:我们只需要测量光从太阳到达我们,并将其与预测光源温度的光谱模型进行比较。

在多十年的研究中,Photosphere的温度仍然估计在6,000°C左右。Edlén和格罗兰人发现Sun的电晕比Photosphere更热 - 尽管进一步来自太阳的核心,其最终能源来源 - 导致科学界的头部陷入困境。

太阳电晕的极端热量是天体物理学中最令人震惊的问题之一。

科学家们看着太阳的财产来解释这种差异。太阳几乎完全由等离子体组成,这是具有电荷的高电离的气体。这种等离子体的运动对流区太阳内部的上部会产生巨大的电流和强大的磁场。

这些磁场通过对流从太阳内部拉起,以气泡的形式出现在太阳的可见表面黑暗的太阳黑子,这是可以在太阳气氛中形成各种磁性结构的磁场簇。

这就是Alfvén的理论的来源。他推断,在太阳的磁化等离子体中,任何带电粒子的大体积运动都会扰乱磁场,产生的波可以携带大量的能量沿着遥远的距离——从太阳表面到它的上层大气。热沿着所谓的东西传播太阳磁通量管在进入电晕,产生高温之前。

一张太阳不同特征的图表
太阳黑子是太阳表面较暗的斑点。 西伯利亚艺术/伤风

这些磁等离子体波现在被称为Alfvén波,它们在解释日冕加热方面的作用使Alfvén获得了该奖项1970年诺贝尔物理学奖

观察Alfvén波

但是在实际观测这些波的问题上仍然存在。在太阳表面和它的大气中发生着如此多的事情——从比地球大很多倍的现象到低于我们仪器分辨率的小变化——因此在光球层中Alfvén波的直接观测证据以前是没有实现过的。

但是最近仪器的进步为我们研究太阳物理打开了一扇新的窗口。一个这样的工具是干涉趋势分光极磁数(IBIS)成像光谱学,安装在美国新墨西哥州的邓恩太阳望远镜。这台仪器使我们能够对太阳进行更详细的观察和测量。

结合良好的观测条件,先进的计算机模拟,以及来自七个研究机构的国际科学家团队的努力,我们使用IBIS来万博体育手机官网登录网页万博体育app下载地址终于确认了,首次存在于太阳能磁通量管中的ALFVÉN波的存在。

新能源

在太阳光球层中直接发现Alfvén波是在地球上开发其高能量潜能的重要一步。他们可以帮助我们研究万博体育app下载地址核聚变例如,这是该过程发生的过程在太阳里面这包括将少量物质转化为大量能量。我们目前的核电站使用核裂变批评人士认为,它会产生危险的核废料,特别是在发生灾难的情况下,包括在美国发生的那次福岛在2011年。

通过复制地球上的太阳的核聚变来创造清洁能源仍然是一个巨大的挑战,因为我们仍然需要迅速产生1亿摄氏度进行融合。Alfvén波可能是这样做的一种方式。我们对太阳的日益增长的了解表明它肯定是可能的 - 在适当的条件下。


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由于新的突破性的任务和仪器,我们也期待着更多的太阳发现。欧洲航天局的太阳轨道卫星现在正围绕太阳运行,传送图像并测量恒星未知的极地区域。在地面上,新高性能的揭幕太阳望远镜还有期望加强对阳光的观察。

仍然被发现的许多秘密,包括太阳的性质磁场这是太阳能研究的激动人心的时期。我们对Alfvén的检测是一个更广泛的领域的一个贡献,这些贡献在寻求解锁Sun的剩余奥秘以在地球上的实际应用中解锁。谈话

本文已重新发布谈话在创造性的公共许可证下。阅读原文