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来自研究机构

科学家测量了太阳耀斑爆发的最初几分钟的能量演变

日期:
2020年1月17日
来源:
新泽西理工学院
简介:
2017年,太阳表面一个巨大的新磁场区域在一个现有的太阳黑子旁边爆发。强大的磁能碰撞产生了一系列的太阳耀斑,在地球上造成了动荡的空间天气条件。科学家们现在第一次精确地确定了爆炸释放能量的时间和地点,这些能量将喷出的等离子体加热到相当于10亿度的温度。
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2017年底,在太阳表面一个现有的太阳黑子附近爆发了一个巨大的新磁场区域。强大的磁能碰撞产生了一系列强大的太阳耀斑,在地球上造成了动荡的空间天气条件。这些是新泽西理工大学当时刚刚开放的扩展欧文斯谷太阳能阵列(EOVSA)射电望远镜捕捉到的第一批耀斑,它们是逐时刻发展的。

在发表在杂志上的研究中科学在美国,记录这些图像的太阳科学家首次精确地确定了爆炸释放能量的时间和地点,这些能量将喷射的等离子体加热到相当于10亿度的温度。

通过在微波光谱中收集的数据,他们已经能够提供耀斑点燃后直接演变的磁场强度的定量测量,并跟踪其转化为其他能量形式——动能、热能和超热能——这些能量形式为耀斑在日冕中爆发的5分钟旅程提供动力。

迄今为止,在耀斑或其他大规模喷发期间,日冕磁场的这些变化只能间接地量化,例如,通过外推法测量光球层(在白光下看到的太阳表层)的磁场。这些外推不允许精确测量磁场的局部动态变化,在足够短的时间尺度上,以表征耀斑的能量释放。

“我们已经能够精确定位日冕中磁能释放的最关键位置,”Gregory Fleishman说,他是新泽西理工大学日地研究中心的杰出物理学教授,也是这篇论文的作者。“这些是捕捉耀斑微物理的第一批图像——在小空间和时间尺度上发生的详细过程链,使能量转换成为可能。”

通过测量磁场能量的下降和该区域电场的同时强度,他们能够证明两者符合能量守恒定律,从而能够量化为太阳耀斑提供动力的粒子加速,包括相关的喷发和等离子体加热。

这些基本过程与最强大的天体物理源(包括伽马射线爆发)以及对基础研究和实际聚变能产生感兴趣的实验室实验中发生的过程相同。

13个天线一起工作,EOVSA在1-18 GHz范围内拍摄数百个频率的照片,包括光学,紫外线,x射线和无线电波长,在一秒钟内。这种增强的能力可以窥探耀斑的机制,为研究太阳系中最强大的爆发开辟了新的途径,这些爆发是由太阳表面磁力线的重新连接点燃的,并由日冕中储存的能量提供动力。

“微波发射是唯一对日冕磁场环境敏感的机制,所以独特的、高节奏的EOVSA微波光谱观测是发现磁场快速变化的关键,”NJIT的杰出物理学教授、EOVSA的主任和论文的合著者戴尔·加里指出。“测量是可能的,因为在日冕磁场中运动的高能电子主要在微波范围内发射它们的磁敏感辐射。”

在EOVSA进行观测之前,没有办法观测到空间的广阔区域,在那里高能粒子被加速,然后由耀斑爆发驱动的强大冲击波进一步加速,如果耀斑喷发指向地球,可能会摧毁航天器并危及宇航员。

“耀斑加速粒子与冲击加速粒子之间的联系是我们理解哪些事件是良性的,哪些事件构成严重威胁的重要部分,”加里说。

在扩展后的阵列开始运行仅仅两年多之后,它就能自动生成太阳的微波图像,并将它们提供给科学界日常使用。在11年的太阳活动周期中,随着太阳活动的增加,它们将被用来提供第一批日冕磁图,即太阳表面上方1500英里处的磁场强度图。

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故事来源:

材料所提供的新泽西理工学院。特蕾西·里根原创。注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。


期刊引用

  1. Gregory D. Fleishman, Dale E. Gary,陈斌,Natsuha Kuroda,余思杰,Gelu M. Nita。日冕磁场的衰变可以释放出足够的能量来驱动太阳耀斑科学, 2020;367 (6475): 278 doi:10.1126 / science.aax6874

引用此页

新泽西理工学院。“科学家测量了太阳耀斑爆发的最初几分钟的能量变化。”《科学日报》。《科学日报》,2020年1月17日。< www.koonmotors.com/releases/2020/01/200117122105.htm >。
新泽西理工学院。(2020年1月17日)。科学家测量了太阳耀斑爆发的最初几分钟的能量演变。《科学日报》。2023年6月22日检索自www.koonmotors.com/releases/2020/01/200117122105.htm
新泽西理工学院。“科学家测量了太阳耀斑爆发的最初几分钟的能量变化。”《科学日报》。www.koonmotors.com/releases/2020/01/200117122105.htm(2023年6月22日访问)。

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