物理学家在太阳的冠状环路中发现先前未被发现的能量

日期:2018-05-14 浏览:19

em包括NJIT的Gregory Fleishman在内的物理学家团队已经发现了以前在太阳的冠状循环中未被发现的能量。 / em

太阳的日冕,除了在日食期间短暂出现等离子的火焰晕之外,人眼不可见,即使对密切研究它的科学家来说,仍然是一个难题。从恒星表面开始1,300英里,向各个方向延伸数百万英里,比太阳核心聚变反应堆附近的下层热层高出一百倍以上。

由新泽西理工学院的Gregory Fleishman领导的一个物理学家小组最近发现了一个现象,可能开始解决他们称之为“太阳能建模最大的挑战之一” - 确定将高层大气加热到100万华氏度的物理机制,更高。他们的研究结果最近在有着123年历史的“天体物理学杂志”上发表,其中包括以前未被发现的日冕中的热能,该杂志的编辑包括埃德温哈勃等基础空间科学家。

“我们知道,鉴于两层之间的化学组成明显不同以及该接合处等离子体温度的急剧升高,光球 - 太阳表面 - 和日冕之间的界面发生了一些令人感兴趣的事情”,Fleishman指出,一位杰出的物理学研究教授。

利用美国宇航局基于太空动态观测站(SDO)的一系列观测资料,该团队揭示了日冕中携带电流的磁通管中所含的重金属离子含量较高的区域 - 磁场集中区。它们在极端(短波)紫外(EUV)波段拍摄的生动图像显示,与光电池中存在的相比,多倍电荷金属浓度与氢的单电子离子浓度相差不大5倍或更多。

铁离子存在于团队称之为“离子陷阱”的位置上,这些离子陷阱位于冠状环的基部,由磁场线引导的带电等离子弧。他们说,这些陷阱的存在意味着存在高能量的冠状循环,耗尽了铁离子,迄今为止在EUV范围内检测不到。只有金属离子,随着其波动的电子,产生的辐射,使他们可见。

“这些观察结果表明,日冕可能含有比在EUV范围内直接观察到的更多的热能,并且我们还没有考虑到,”他说。 “然而,这种能量在其他波长是可见的,我们希望将我们的数据与通过微波和X射线观测的科学家结合起来,例如NJIT的膨胀欧文斯谷太阳能阵列的科学家,以澄清能量不匹配问题,我们已经能够量化到目前为止。“

有各种各样的理论,还没有结论性的解释电晕的热量:磁力线在高层大气中重新连接,并释放出爆炸能量和能量波,在日冕中转化为热能等。

“在我们能够解决日冕中能量如何产生之前,我们必须首先绘制并量化其热结构,”Fleishman指出。

“我们知道电晕的温度来自测量重离子在各种电离状态下产生的EUV辐射,这取决于它们的浓度,以及等离子体的温度和密度,”他补充道。 “这些离子在空间和时间上的不均匀分布似乎会影响日冕的温度。”

当各种尺寸的太阳耀斑破坏陷阱时,金属离子进入日冕,并且它们被蒸发到高层大气中的通量环中。

当磁场线及其强大的基础电流扭曲超过临界点时,会发生太阳耀斑和相关形式爆发时的能量释放,该临界点可通过扭曲圈数来测量。这些爆发中最大的爆发导致所谓的空间天气 - 太阳辐射,高能粒子和磁场的释放足以在地球附近的环境中造成严重影响,例如通信,电力线和导航系统的中断。

只有通过成像能力的最新进展,太阳能科学家才能对光球磁场矢量进行常规测量,从中计算电流的垂直分量,同时量化重离子产生的EUV辐射。

“在这些观察之前,我们只考虑了充满重离子的冠状环,但我们无法考虑耗尽它们的通量管,”Fleishman说。 “现在,所有这些知之甚少的现象都有我们可以观察到的坚实的物质基础。我们能够更好地量化电晕的热结构,并更清楚地了解为什么太阳大气中的离子分布在空间中不均匀且随时间变化。“

新泽西理工大学的大熊太阳观测站(BBSO)的科学家们已经拍摄到第一张高分辨率的磁场和来自太阳表面以下的等离子体流的高分辨率图像,追踪太阳黑子和磁通量绳索在色球中戏剧性出现之前的演变过程作为燃烧循环。

但是,EUV的排放量只能从空间观察。在2010年发射的太空船上,SDO测量整个太阳的磁场和EUV辐射。 Fleishman说,电晕温度结构的影响,以及它是否允许太阳将更多热量转移到太阳系中,“这是未来研究的主题”。

出版物:Gregory D. Fleishman等人,“太阳中的离子阱:对元素分馏的影响”,ApJ,2018年; DOI:10.3847 / 1538-4357 / aab54c