新技術拍下日冕的圖像帶來了理論突破

DeForest 等/天體物理學雜誌The Astrophysical Journal

利用超長時間曝光和其它複雜的處理技術，科學家們拍攝到了太陽外層大氣的高保真圖像——那裡我們稱之為日冕——並發現了以前從未被觀測到過的精妙細節。

恆星是一個複雜的對象，隨著帕克太陽探測器進入狀態，我們即將了解它更多的信息。但是，如西南研究所(SwRI)的科學家剛剛證明的那樣，在地球上的我們也可以做出很多事情。

該團隊使用NASA發射的太陽和陸地關係觀測衛星—A(STEREO-A)上COR-2日冕儀來研究太陽外層大氣活動的細節。

該儀器使用所謂的遮擋光碟來拍攝恆星大氣的圖像——放置在鏡頭前方的光碟阻擋了太陽光，因此光線不會淹沒等離子體中的細微細節。

日冕的溫度非常高，比太陽表面5800開爾文的溫度還要熱得多，介於100萬至300萬開爾文之間。它也是太陽風的來源：從太陽向四面八方噴湧出的恆定帶電粒子流。

當在地球附近對太陽風進行測量時，我們地球的磁場與之交織在一起發生複雜的作用，而且我們也無法提前預知太陽風的發生。

「在太空深處，太陽風是湍流形態和間歇式迸發的。」SwRI的恆星物理學家Craig DeForest說。

「但是它是怎麼做到的？它一開始離開太陽時還很順滑，在穿越空間時開始變得洶湧？又或者太陽本身就是迸髮式的噴出一股股高能粒子？」

如果湍流就發生在太陽處，那麼我們應該能夠看到日冕中的複雜結構，但先前的觀測結果並沒有顯示出這樣的結構。

相反，以前的恆星成像技術都顯示，日冕是光滑的層狀結構。現在，事實表面並非如此。它就在那裡，但我們因為解析度不足而看不到它們。

「使用新技術提高了圖像的保真度，我們意識到日冕並不光滑，反而結構複雜，充滿變化，」DeForest解釋說。「我們認為每一種結構都是由更小的結構組合而成，日冕遠比我們想像的更具活力。」

為了獲得高清圖像，研究小組開展了一項為期三天的特別計劃，其中比平時更頻繁地使用儀器，曝光時間也更長，從而可以通過日冕儀檢測到更多來自微弱光源的光線。但這只是整個項目的一部分。

儘管遮光碟在濾除太陽的強光方面做得很好，但是周圍空間和儀器本身仍然存在著大量的噪音干擾。

顯然，由於STEREO-A被布置在太空軌道中，更換硬體這一選項先被排除，因此DeForest和他的團隊開發出了一種識別和消除雜訊的技術，大大提高了數據的信噪比。

NASA/SwRI/STEREO

他們開發了新的濾波演算法，將日冕信號與雜訊分離，並調整亮度。同時，或許是更具挑戰性的工作，他們還修正了由太陽風運動導致的模糊效果。

研究小組取得了一些突破性的發現。他們發現冠狀流線——可以噴發日冕物質的磁環，將等離子體和粒子射入太空——其結構比之前想像的要複雜得多。

「沒有單一的磁力流線。」DeForest說。 「流線本身由無數細股組成，攪勻在一起產生更明亮的特徵。」

他們還發現並沒有Alfvén表面這樣的東西——一個理論上的片狀邊界，太陽風穿越它達到臨界速度，然後從太陽身邊逃離，進入深空。

相反，DeForest說，「有一個寬泛的"無人區"或"Alfvén區"，太陽風逐漸與太陽分離，而沒有一個明確的邊界。」

但這項研究也發現了新的謎團。在大約10個太陽半徑的距離處，太陽風的特徵突然發生了變化。但當它離開此處前進到更遠的距離後，就又恢復到正常的狀態，這表明在10太陽半徑處發生了一些有趣的物理過程。

弄清楚其中的奧秘，可能需要帕克的幫助，這也是後續研究的關鍵。在8月份，帕克將進入日冕中。

同時，該團隊的研究論文已發表在《天體物理學》上。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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