太陽也“下雨”啦_風聞

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原創編譯／朱明逸  審稿／alone  責編／唐林芳

據美國“物理學網”消息稱，《天體物理學雜誌快報》同日刊發的一篇研究論文中，描述了Mason和合作者們在一個規模更小的、以前被忽視的太陽磁場環中第一次觀測到日冕雨。

日冕雨實圖

近年來，美國天主教大學（The Catholic University of America，簡稱CUA）的研究生Emily Mason一直正在尋找日冕雨（coronal rain）——一種由等離子體或帶電氣體組成的巨大球體，它們從太陽的外層大氣滴落回太陽表面時，形成的現象。

她曾經希望能在盔狀冕流（helmet streamers）——形成於太陽表面、高達數百萬英里、形如騎士尖頭盔的磁場環——中找到它，因為計算機模擬實驗結果預測那裏會有日冕雨。再者，對太陽風——從太陽中逸出並進入太空的氣體——的觀測結果表明，現在可能正在發生日冕雨。

太陽也有磁場，並形成了磁場環。

據美國“物理學網”（Phys.org）4月5日消息稱，《天體物理學雜誌快報》同日刊發的一篇研究論文中，描述了Mason和合作者們在一個規模更小的、以前被忽視的太陽磁場環中第一次觀測到日冕雨。

Mason指出，日冕雨和地球上的水循環系統有着類似的機制，她説：“但（前者）循環的不是60華氏度的水，而是100萬度的等離子體。”

日冕雨和地球上的水循環系統有着類似之處。

等離子體是一種帶電氣體，它不像水一樣聚集在一起，而是沿着太陽表面形成的磁場環運動，就像軌道上的過山車。在磁場環的“落腳點”，即它與太陽表面相連的地方，等離子體被急劇加熱，温度陡然從幾千華氏度上升到180多萬華氏度以上。然後，磁場環擴大了迴路，等離子體在遠離熱源的峯值處聚集起來。當等離子體冷卻時，它便發生凝結，太陽引力隨之吸引它沿着環路降落下來，從而形成日冕雨。

Mason一直在盔狀冕流中尋找日冕雨，但是她去那裏尋找日冕雨的動機更多地是由於其中潛在的加熱和冷卻循環機制，而不是現象本身。

神秘而迷人的帶電等離子。

慢太陽風是一種相對較慢、密度較大的氣體流，它會從快速移動的氣體中分離出來。從20世紀90年代中期開始，科學家們就知道盔狀冕流是慢太陽風的來源之一。

但是，對慢太陽風中氣體的測量結果顯示，這些氣體在冷卻和逃離太陽之前，曾經被加熱到極端的高温。如果日冕雨背後的加熱和冷卻的循環過程就是發生在盔狀冕流內部，那麼這將是這些謎團的部分答案。

慢太陽風

另一個與日冕加熱有關的問題是，太陽外層大氣的温度為什麼是其表面温度的300倍之謎。令人驚訝的是，模擬實驗結果顯示，日冕雨只有在磁場環最底部被加熱時才會形成。

Mason解釋道：“如果一個磁場環上發生了日冕雨，那就意味着其最底部的10%或更少的部分發生了日冕加熱效應。”下日冕雨的磁場環為界定日冕加熱位置的截止點，提供了一個測量標杆。

Mason擁有最適合這項研究工作的觀測數據，即美國航空航天局（NASA）太陽動力學觀測站（Solar Dynamics Observatory，簡稱SDO）拍攝的照片。

然而，在搜尋工作進行了將近半年之後，她仍然沒能在盔狀冕流中發現一滴雨，但是，她卻注意到了許多她並不熟悉的微型磁場結構。這些結構有別於盔狀冕流的特徵，但是最為引人注目的是它們的規模。

該論文的共同作者之一、NASA戈達德太空飛行中心（Goddard Space Flight Center）的太陽物理學家Spiro Antiochos介紹道：“這些磁場環比我們期待尋找的要小得多，所以這説明日冕加熱機制的規模比我們所想象的要侷限得。”

太陽風概念示意圖

Mason指出，雖然這些發現並沒有確切説明日冕是如何被加熱的，但它們確實有效地降低了日冕加熱所可能發生的位置。她發現日冕雨環只有約3萬英里高，只相當於她最初尋找的某些盔狀冕流高度的2%，並且日冕雨讓主要日冕加熱效應所發生的區域的密度升高了。

不過，在盔狀冕流中找尋日冕雨的搜索與研究仍在繼續，並且模擬實驗的結果很清楚：那裏應該會存在日冕雨。

來源：《天體物理學雜誌快報》

期刊編號：2041-8205

原文鏈接：

https://phys.org/news/2019-04-unexpected-sun-links-solar-mysteries.html

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