發現太陽大氣的新型電磁爆,證實 15 年前理論預測

作者 | 發布日期 2019 年 12 月 23 日 14:07 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


太陽的大氣相當混亂,當中由超高溫電漿產生的磁場會扭曲在一起、隨著恆星旋轉重新排列,稱為磁重聯。現在,NASA 的太陽動力學天文台首次發現一種全新電磁爆,稱為強制磁重聯,證實了 15 年前的理論預測。

太陽動力學天文台(Solar Dynamics Observatory,SDO)於 2010 年 2 月 11 日發射,最終進入離地 36,000 公里高的地球同步軌道觀測太陽大氣,主要攜帶 3 項科學儀器:日震與磁成像儀(Helioseismic and Magnetic Imager,HMI)、極紫外線變化實驗儀(Extreme Ultraviolet Variability Experiment,EVE)、大氣成像組件(Atmospheric Imaging Assembly,AIA)。

人眼看不見太陽表面雜亂的磁場,但磁場會影響周圍物質,比如磁能轉換為動能、熱能與加速的粒子,科學家能利用 SDO 數據,在可見光波長下研究這些被加熱至 100~200 萬℃ 的粒子。

科學家已經發現太陽表面超高溫電漿產生的磁場會扭曲、然後隨太陽轉動自發分裂再連接,稱為磁重聯(magnetic reconnection)現象;而 15 年前,有理論首次提出另一種「強制磁重聯(forced magnetic reconnection)」現象,僅當某種類型的噴發擠壓等離子體和磁場時才會觸發後者,過去從來沒有被觀測過。

不過根據 SDO 最新觀測結果,科學家第一次直接看到日冕層(太陽高層大氣)發生強制磁重聯現象。在 SDO 於 1 個多小時內拍攝的一系列圖像中,可以看到太陽表面噴發的一個日珥(solar prominence)落回到大氣,然後在途中混亂的磁力線,導致它們重新以明顯的 X 形連接。

▲ 科學家首度發現強制磁重聯現象。(Source:NASA

團隊研究了多個紫外線波長以計算強制磁重聯後的電漿溫度,數據顯示,日珥在強制磁重聯事件爆發後變得更熱,表明強制磁重聯可能是局部加熱日冕的一種方式。

雖然自發磁重聯也可以加熱電漿,但強制磁重聯的加熱效果似乎更有效、更快且以更可控的方式升高電漿溫度,NASA 表示,這一發現可能有助於解釋,為什麼太陽上層大氣比靠近內部的低層大氣還要熱許多,也能促進全球正在進行受控核融合、電漿實驗的實驗室取得突破。

其他太陽爆發現象如:耀斑、日冕物質拋射等,也可能引發強制磁重聯現象,進一步了解可以幫助科學家改善模型,預測高能帶電粒子何時可能加速飛向地球。

新論文發表在《天文物理期刊》(Astrophysical Journal)。

(首圖來源:NASA