關於太陽的未解之謎：為什麼你的熱不按套路？_風聞

原創：牧夫天文

原作：Korey Haynes

翻譯：郭琳琳

校譯：王延昕

編排：鄢淑瀾

原文鏈接：http://www.astronomy.com/news/2018/11/why-is-the-sun-so-hot

儘管我們進行了數十年的細緻觀測，但關於太陽的諸多細節仍然是未知的。

圖源：NASA SVS

“太陽是熱的”這一事實對任何人來講都稱不上新聞。太陽的表面温度大約是10,000華氏度（約5,500 攝氏度），聽上去似乎已經足夠暖意洋洋了。但圍繞在太陽外部的是被稱為日冕的大氣，實質上是過熱氣體的等離子體包層，其測量温度竟超過了300萬華氏度（約160萬攝氏度）！科學家們仍在試圖弄清楚這一外層是如何做到比內層更熱的。

令科學家感到困惑的部分非常簡單：由於太陽的熱源位於其核心，因此當遠離中心時，温度應該或多或少地有所降低。然而，這與他們觀察到的實際結果大相徑庭。因此，即使太陽就在那裏，也無法解釋日冕是如何比其他層更熱的。在繼續討論之前，需要意識到的是，熱量實際上是衡量原子移動速度的指標。因此，太陽物理學家們主要在尋找加速物質移動的方法，而這種方式僅發生於炙熱的日冕中。

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長期存在的謎團

 

只有在日全食時才能目視看到日冕那美麗的光芒，而太陽其餘的部分均被月球遮掩。

NASA / Rami Daud

儘管擁有着極高的熱量，但由於太陽其他部分的強烈亮度，日冕通常無法直接被觀測到。由於日冕本身的亮度易被太陽表面的散射光淹沒，即使是應用複雜的儀器也很難有效地對日冕進行觀測研究。但這並不意味着它的存在只是近期的發現。它其實出現在罕見但可預測的事件中——讓人類着迷數千年的日全食。

1869年，天文學家利用日全食來窺探太陽那突然可見的最外層。他們甚至將光譜儀對準那宛如薄紗的光芒上，試圖來分辨其中難以捉摸的物質。他們發現了一條陌生的綠色譜線，似乎是一個全新的元素：coronium（一種假設的元素，曾經被認為是日冕光譜中某些明線系氪所產生的）。七十年後，科學家們意識到它實際上就是人們熟悉的鐵元素，那條譜線被加熱到前所未有的數百萬度時的狀態。這一温度達到了太陽表面測量温度的數百倍，因此立即引起了科學家們的困惑。

早期的理論認為聲波是煽動日冕的主因（想象一下太陽的物質就像風琴一樣不斷壓縮再擴張地運動），就像海浪可以高速地將飛沫拍打到岸上一樣。但是，太陽探測器尚未找到具有足夠能量的波動來解釋觀察到的日冕熱量。

因此，近150年來，它仍然是科學中那些微小但令人惱火的謎題之一：科學家們非常確信他們關於太陽表面和日冕的温度讀數是合理且準確的，並且更加確信基本的物理常識——即你離熱源（比如篝火）越遠，温度應當越低。兩樣事實都很確定，但放在一起卻難以得到合理的解釋。

太陽爆發出強大的太陽耀斑，該圖由一整年的觀測值合成得到。

NASA GSFC/SDO/S. Wiessinger

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磁體：如何工作？

部分的問題出在我們並不瞭解太陽上發生的許多小規模事件。我們能夠大概瞭解到太陽是如何為地球提供光和熱，但其工作物質及力場的規模是無法在實驗室中實現的，而且通過與太陽足夠接近來開展詳細研究也是極其困難的。

現在關於太陽大多數問題的答案似乎歸結為太陽是一個極其複雜的磁體。地球也會旋轉自己的磁場，但是儘管擁有海洋和地下岩漿，地球仍然比太陽更加堅固。相比之下，太陽只是一個由氣體和等離子組成的巨大球體。因此，地球進行的是類似固體物體一樣地旋轉。

而太陽則不然。由於其不是固體，太陽的極點和赤道以不同的速率進行旋轉。太陽內的物質上下翻騰，就像一鍋沸水，結果是形成了一些亂七八糟的磁場線。構成太陽外層的帶電粒子像高速鐵路上的火車一樣穿過這些線路。這些線路纏作一團又重新連接，釋放出大量的能量（太陽耀斑）或者留下扭作毛線團般的帶電粒子團，從而以極低的速度（日冕物質拋射）從這些軌道飛向太空。但可能在我們所能看到的表象之下，太陽正在經歷接近恆定的納耀斑 ——微小的耀斑飆升至數千萬度，逐步累積達到日冕那地獄般的温度。

一種存在更長久的解釋是——波。畢竟，熱量只是粒子快速移動的結果。粒子移動得越快，它們的温度就越高。科學家們認為，就像海浪能以高速將水衝到海灘上，太陽內部的波也可能衝向太陽的最外層。然而幾十年來，科學家已經能夠測量出聲波是無法攜帶足夠的能量來作為波源。但太陽內部還充滿了許多不同類型的波，因此其他類型的波仍在研究分析中，其中包括阿爾文波，它專門穿梭於等離子體和磁力線，恰恰是太陽物理學家們最感興趣的環境。

我們已經擁有許多衞星用於跟蹤太陽，但今年發射的帕克太陽探測器（Parker Solar Probe）才剛剛開啓它的觀測使命。本週一帕克探測器以343,100公里/小時的速度首次經過近日點（距離太陽僅2400萬公里），這是人造飛行器最靠近太陽的位置，而此速度同時打破了之前人造飛行器的最快速度！

帕克探測器將持續觀測太陽到2025年，科學家們希望通過抵達最為接近太陽的觀測點，來解答關於納耀斑或阿爾文波的那些問題，亦或正如有些人已懷疑的那樣——是這兩種機制更為複雜的組合。

『天文時刻』 牧夫出品

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美國宇航局雙立體觀日航天器拍攝到日冕物質噴射

圖源：NASA