太阳日冕异常炎热帕克太阳探测器排除了一种解释

尽管距离太阳核心的最终热源较远，但太阳的冠状大气层温度却可能比太阳表面高200倍。日冕的热量似乎违背了物理学原理，几十年来一直困扰着科学家，但它却让太阳的热带电粒子或等离子体以足够快的速度移动，以摆脱太阳的引力，并以太阳风的形式吞噬我们的太阳系。

为了解决这一谜团，NASA建造了帕克太阳探测器，深入日冕内部寻找其热源。该探测器配备了一套由密歇根大学气候与空间科学与工程教授贾斯汀·卡斯珀设计的仪器，用于直接测量日冕等离子体的密度、温度和流量。

当探测器首次接近太阳时，它探测到太阳磁场中存在数百个S形弯曲(因它们会短暂地改变磁场方向而被称为折返)，以及数千个较浅的弯曲。对一些科学家来说，折返似乎是日冕和太阳风的潜在热源。它们的严重S形弯曲储存了大量磁能，这些磁能很可能在折返穿过太空并最终恢复正常时释放到周围的等离子体中。

“这些能量必须要到达某个地方，它可能会导致日冕升温，并加速太阳风的发展，”密歇根大学气候与空间科学与工程助理研究员、这项研究的通讯作者莫伊塔巴·阿卡万-塔夫蒂(MojtabaAkhavan-Tafti)说。

但要加热日冕，折返线必须穿过日冕，因此了解折返线形成的位置对于理解它们对日冕温度的影响至关重要。在仔细研究了帕克太阳探测器绕太阳飞行的前14圈的数据后，研究小组发现，虽然S形弯曲在太阳附近的太阳风中很常见，但在日冕内部却不存在。

科学家们对于折返现象的成因仍未达成一致意见。一些人认为，磁场是由日冕之外的太阳风湍流引起的。另一些人认为，折返现象始于太阳表面，当时翻腾的磁场线和磁环发生爆炸性碰撞并结合成弯曲的形状。

美国宇航局将帕克太阳探测器送入太阳，以了解其大气层为何比其表面更热。图片来源：应用物理实验室和美国宇航局戈达德太空飞行中心

研究结果排除了后一种假设。如果折返现象是由太阳表面磁场碰撞形成的，那么折返现象在日冕内部应该更为常见。然而，阿卡万-塔夫蒂认为，磁碰撞仍可能在折返现象的起源和日冕的加热中发挥一些间接作用。

“我们的理论可以填补关于S形折返生成机制的两种思想流派之间的空白，”Akhavan-Tafti说道。“虽然它们一定是在日冕之外形成的，但日冕内部可能存在一种触发机制，导致折返在太阳风中形成。”

当磁场在太阳表面发生碰撞时，它们会像拨动吉他弦一样振动，并沿着磁场向太空发送波。同时，碰撞产生的能量会在太阳风中产生非常快速的等离子流。

Akhavan-Tafti认为，快速等离子体会扭曲磁波，使之在太阳风中形成折返。如果其中一些波在形成折返之前在太阳大气中消散，它们也可能对日冕加热起到一定作用。

他说：“导致折返形成的机制以及折返本身可能会加热日冕和太阳风。”

然而，目前还没有足够的数据来证明太阳表面的触发因素而不是太阳风的湍流是造成折返现象的原因。

“帕克太阳探测器最早将于2024年12月24日进入太阳，并在更靠近太阳的地方收集更多数据。我们将利用这些数据进一步验证我们的假设，”阿卡万-塔夫提说。