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天文学家发现新的线索,以冕加热的奥秘

发布时间:2018-05-16

/ em利用最近推出的界面区域成像光谱仪的观测结果,天文学家发现了日冕加热之谜的新线索。 / em

马萨诸塞州剑桥 - 为什么太阳的百万度电晕或最外层的大气比太阳表面热得多?几十年来,这个问题让天文学家感到困惑。今天,由哈佛 - 史密松天体物理中心(CfA)的Paola Testa领导的一个研究小组利用最近推出的界面区域成像光谱仪(IRIS)的观测结果,为日冕加热之谜揭示了新的线索。研究小组发现,微型太阳耀斑称为“纳米耀斑” - 以及它们产生的快速电子 - 可能部分是该热量的来源,至少在太阳日冕的一些最热部分中。

太阳耀斑发生在一片太阳光在所有波长的光线下显着增亮时。在耀斑期间,太阳能等离子体在数秒或数分钟内被加热至数千万度。耀斑还可以加速太阳等离子体中的电子(和质子)到光速的很大一部分。这些高能电子到达地球时会产生重大影响,造成壮观的极光,但也会干扰通信,影响GPS信号,并破坏电网。

那些快速的电子也可以通过缩小版本的称为纳米平板的耀斑生成,其比通常的太阳耀斑低约10亿倍的能量。 “这些纳米粒子以及可能与之相关的能量粒子很难研究,因为我们无法直接观察它们,”泰斯塔说。

Testa和她的同事们发现,IRIS通过观察冠状环路的脚点提供了一种观察纳米纤维迹象的新方法。正如其名称所暗示的,冠状环路是热等离子体的环路,从太阳表面延伸到电晕中,并在紫外线和X射线下发光。

IRIS没有观察到这些环路中最热的冠状血浆,它们可以达到几百万度的温度。相反,它可以探测来自较冷等离子体(〜18,000至180,000华氏度)的紫外线辐射。即使IRIS不能直接观察冠状加热事件,它也会揭示这些事件的痕迹,当它们在循环的足迹处显示为短暂的小规模增亮时。

该团队使用IRIS高分辨率紫外成像和对这些足迹增亮的光谱观测推断出存在高能电子。利用计算机模拟,他们模拟了环路中等离子体对高能电子传输能量的响应。模拟结果表明,能量可能是由电子以约20%的光速行进而沉积的。

IRIS的高空间,时间和光谱分辨率对这一发现至关重要。 IRIS可以解析仅150英里大小的太阳能特征,具有几秒的时间分辨率,并且具有能够测量每秒几英里等离子体流量的光谱分辨率。

发现与大型耀斑无关的高能电子表明,太阳日冕至少部分受到纳米泡的加热。新的观测结合计算机建模,也有助于天文学家理解电子如何加速到如此高的速度和能量 - 这一过程在从宇宙射线到超新星遗迹等广泛的天体物理现象中发挥着重要作用。这些发现还表明,尽管能量比大型太阳耀斑低大约十亿倍,纳米火焰仍然是强大的自然粒子加速器。

“像往常一样,这项工作开辟了一套全新的问题。例如,纳米粒子的频率如何?在非闪耀的日冕中高能粒子有多常见? Testa表示,这些纳米粒子的物理过程与更大的耀斑相比有何不同?

报道这项研究的论文是专注于IRIS发现的期刊Science的特刊之一。

总部位于马萨诸塞州剑桥市的哈佛 - 史密松天体物理中心(CfA)是史密森天体物理天文台和哈佛大学天文台的联合合作。 CfA科学家组成六个研究部门,研究宇宙的起源,演化和最终命运。

出版物:P.Testa等人,“通过纳米孔冲激地加热的冠状环中的非热颗粒的证据”,Science 17 October 2014:Vol。 346没有。 6207; DOI:10.1126 / science.1255724

资料来源:哈佛 - 史密森天体物理中心

图片:NASA / IRIS; NASA / SDO