太陽磁化等離子體脈衝或解開太陽加熱之謎

日冕衛星記錄的太陽光球層和色球層圖像。

天體物理學界有一個存在已久的問題：在太陽附近的某個區域內，為什麼離太陽表面越遠，太陽大氣的溫度會上升得越迅速，從數千度突然上升到數百萬度？科學家推測，太陽表面的磁化等離子體波和脈衝現象或是可以回答這個問題的一種關鍵機制。為了破解這個難題，許多科學家已經提出了若干相關的理論，例如，太陽是通過電磁波或磁化等離子體來加熱等離子體的。然而，到目前為止，對於觀測和驗證一種合適且具有普遍性的能量傳輸機制，一直存在著巨大的挑戰。

據美國「物理學網」8月5日消息稱，英國謝菲爾德大學（University of Sheffield）領導的一個國際科學家團隊在太陽上發現了以前未被發現的觀測證據，證明頻繁出現高能波脈衝的區域範圍相當於一個英國的面積，而這些波脈衝能將能量從太陽表面輸送到更高的太陽大氣層中。

該校數學與統計學院下屬的太陽物理學和空間等離子體研究中心（SP2RC）和中國科學技術大學的應用數學家們聯袂合作，通過開發創新的研究手段，發現了關於足量高能波脈衝——被命名為「阿爾文波」——的獨特觀測證據。他們發現，這些短暫的阿爾文波脈衝是由普遍存在的、與不列顛群島大小相仿的光球等離子體漩渦所產生的。據估計，太陽光球中的等離子體漩渦在任一時刻都至少有15萬個。

SP2RC的負責人Robertus Erdélyi教授介紹道：「漩渦運動現象無處不在，從家用水槽閥門中幾厘米大小的水漩渦，到陸地上的龍捲風，再到可以橫跨52萬光年的太陽噴射流和螺旋星系等等。這項研究取得的觀測證據第一次證明，太陽大氣層中無處不在的渦旋可能會產生短暫的阿爾文波脈衝。而生成的阿爾文波脈衝很容易通過圓柱形的磁通量管穿透太陽大氣層，而這種通量管的磁性形態有點像森林中的樹木——它可以一路向太陽上空傳遞，直到太陽色球層的頂端，甚至更遠的空間。」

中國科技大學的博士後研究員Jiajia Liu博士解釋道：「我們現在檢測到的阿爾文波脈衝所攜帶的能量流的流量，估計要比加熱太陽色球上層局部所需的能量流高出10倍以上。色球層是太陽表面和極高溫的日冕之間，相對較薄的一層。在日全食期間，太陽色球層就像一個圍繞太陽的紅色圓環。」

Erdélyi教授最後補充道：「長期以來，關於太陽和許多其他恆星是如何為其上層大氣提供能量和物質的，一直是科學界中一個引人入勝的問題。這個令人興奮的中英合作項目，囊括了我們最優秀的幾位新生代職業科學家：Jiajia Liu、Chris Nelson和Ben Snow。我們的研究結果，在破解太陽能和天體物理等離子體加熱所需的非熱能供應難題上，邁出了重要的一步。我們相信，這些大小等同英國面積的光球磁等離子體漩渦不僅在能量方面，而且在太陽大氣上層和下層之間的物質傳輸方面，都是非常有希望的答案之所在。我們未來的研究將集中在這個新的謎題上。」

科界原創

編譯：朱明逸

審稿：alone

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