太陽閃焰溫度比想像高 6.5 倍，科學家破解 50 年光譜線之謎

一項新研究指出，太陽閃焰中的粒子溫度可能比以往認知的高出 6.5 倍。這項研究為人類對於我們最近恆星的一個長達 50 年的謎團提供了出乎意料的解答。

太陽閃焰是太陽外層大氣中突然釋放巨大能量的事件，能將局部區域加熱至超過1,000萬度。這些劇烈事件會大幅增加到達地球的X射線與輻射，對太空儀器與太空人造成威脅，並影響地球高層大氣。

這項最新研究已於9月3日刊登於《天文物理學期刊》（Astrophysical Journal Letters），解釋閃焰如何將太陽電漿加熱至超過1,000萬度。太陽電漿由離子與電子組成，新研究主張，太陽閃焰中的離子（帶正電的粒子，占電漿的一半）溫度可以高達6,000萬度以上。

▲ 2015年5月5日發生的X2.7級閃焰。照片由NASA太陽動力學天文台 (Solar Dynamics Observatory)拍攝，顯示了171Å與131Å的混和光。圖中以地球為比例尺。（Source：NASA）

離子比電子更熱

這項研究由數學與統計學院的太陽理論講師Alexander Russell博士領導。團隊利用來自其他研究領域的數據，意識到太陽閃焰很可能會將離子加熱得遠比電子強烈。Russell博士表示：「一種名為磁重聯（magnetic reconnection）的過程，會將離子加熱得比電子強烈6.5倍。這似乎是一條普遍適用的物理定律，已經在近地空間、太陽風以及電腦模擬中得到驗證。然而，直到現在，沒有人將這些研究與太陽閃焰聯繫起來。」

太陽物理學長久以來假設離子與電子必須具有相同的溫度。然而，當我們以現代數據重新計算後發現，在太陽閃焰的區域，離子與電子的溫度差異可以持續數十分鐘，這讓我們首次有理由認真考慮超高溫離子的存在。更重要的是，這些新的離子溫度與閃焰光譜線的寬度相符，可能解開了一個困擾天體物理學近半世紀的謎團。」

自1970年代以來，科學家一直困惑為何閃焰光譜線（極紫外與X光特定波段）比理論預期的更寬。過去科學界認為這必須由劇烈的亂流運動造成，但隨著研究進展，亂流的具體性質卻始終難以確定，讓這項假說受到了挑戰。

如今，這項新研究提出了一種範式轉移：閃焰光譜線的異常寬度，可能在很大程度上歸因於離子高溫效應。經過近50年的探索，太陽閃焰光譜之謎或許終於迎來解答。