贝尔法斯特女王大学的一位科学家领导了一个国际团队,他们突破性地发现了为什么太阳的电磁波在从太阳表面出现时会增强和增长,这可能有助于解开太阳日冕如何保持数百万度温度的谜团。
60多年来,对太阳的观测表明,当电磁波离开太阳内部时,它们的强度会增强,但直到现在,还没有确凿的观测证据来说明为什么会这样。
日冕的高温也一直是个谜。通常,我们离热源越近,感觉就越暖和。然而,这似乎与太阳上发生的情况相反——它的外层比表面的热源更热。
很长一段时间以来,科学家们已经接受了这样一种观点,即磁波将来自太阳巨大的内部能量库(由核聚变提供动力)的能量引导到大气层的外部区域。因此,了解波浪运动是如何产生并在整个太阳中传播对研究人员来说非常重要。
该团队由女王大学领导,包括13名科学家,来自5个国家和11个研究机构,包括埃克塞特大学;诺森比亚大学;欧洲航天局;西班牙加纳利亚斯Astrofísica研究所;挪威奥斯陆大学;意大利航天局和美国加州州立大学北岭分校。
专家们组成了一个名为“太阳低层大气中的波”(WaLSA)的联盟来开展这项研究,并利用美国国家科学基金会位于新墨西哥州的邓恩太阳望远镜的先进高分辨率观测数据来研究这些波。
来自女王大学数学与物理学院的大卫·杰斯博士领导了这个专家团队。他解释说:“这种对波动的新理解可能有助于科学家揭开太阳的外层比表面更热的谜团,尽管它离热源更远。
“通过将太阳的光分解成它的基本颜色,我们能够检查元素周期表中某些元素在其大气中的行为,包括硅(形成于太阳表面附近),钙和氦(形成于波放大最明显的色球层)。”
这些元素的变化使得太阳等离子体的速度得以揭示。它们进化的时间尺度是基准,这使得太阳的波频率可以被记录下来。这类似于如何通过可视化乐谱将复杂的音乐合奏分解为基本音符和频率。”
然后,研究小组使用超级计算机通过模拟分析数据。他们发现,波的放大过程可以归因于一个“声谐振器”的形成,在那里,太阳表面和它的外部日冕之间的温度发生了显著变化,产生了部分反射的边界,并起到了捕获波的作用,使它们增强并急剧增强。
专家们还发现,共振腔的厚度——显著温度变化之间的距离——是控制探测到的波动特征的主要因素之一。
杰斯博士评论道:“我们通过研究发现的效果类似于原声吉他通过其空心琴身的形状改变其发出的声音。如果我们想到这个类比,我们可以看到在太阳中捕获的波在离开太阳表面并向外层和外部移动时是如何生长和变化的。”
来自埃克塞特大学的本·斯诺博士是这项研究的合著者之一,他说:“这项新研究打开了一扇门,让我们对太阳电磁波的神秘面纱有了新的认识。”这是解释日冕加热问题的关键一步——距离表面几千公里的温度比热源本身还要热。”
这项研究的结果发表在自然天文学爱博网站.该研究的资金由科学和技术设施委员会、Randox实验室有限公司、Economía竞争力部、北爱尔兰投资部、北爱尔兰就业和学习部、EC地平线2020框架计划和挪威林业发展局提供。
目前,全球物理界正在制定计划,利用最新一代的太阳望远镜进行进一步的调查,这些望远镜将在未来几年内投入使用。这包括即将到来的Daniel K. Inouye太阳望远镜,这是一个耗资3亿美元的天文台,目前在夏威夷接近完工。
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