电磁波解释了太阳令人费解的外层的奥秘

极紫外成像望远镜

欧洲航天局(ESA) /美国宇航局(NASA)太阳和日球观测站(SOHO)上的极端紫外线成像望远镜拍摄的太阳。信贷:ESA / NASA

伦敦大学学院(UCL)和意大利航天局(Italian Space Agency)的科学家首次通过直接观测证实了一种关于太阳外层大气与内层化学组成不同的理论。

太阳极热的外层日冕,与较冷的内层有非常不同的化学成分,但其原因几十年来一直困扰着科学家。

一种解释是,在中间层(色球层),电磁波产生了一种力,将太阳的磁场分离开来等离子体形成不同的成分,这样只有离子粒子被输送到日冕中,而中性粒子留在后面(从而导致铁、硅和镁等元素在外层大气中堆积)。

现在,一项新的研究发表在《天体物理学杂志》上研究人员将美国新墨西哥州的望远镜和地球附近的卫星的观测结果结合起来,以确定色球层的磁波和炎热的外层大气中大量电离粒子区域之间的联系。

首席作者德博拉·贝克博士(伦敦大学学院空间与气候物理学)说:“太阳内外层的不同化学成分在50多年前就被首次发现。这一发现引发了天体物理学中一个长期悬而未决的问题。

太阳轨道飞行器太阳极端紫外线成像仪

欧洲航天局太阳轨道飞行器上的极端紫外线成像仪(EUI)于2020年5月30日拍摄了这张照片。大卫·朗博士(伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室)是该仪器的联合首席研究员。这张照片显示了太阳在17纳米波长的样子,这是在电磁波谱的极端紫外线区域。这个波长的图像显示了太阳的上层大气,日冕,其温度约为100万度。EUI使用全太阳成像仪(FSI)望远镜拍摄全盘图像。这幅图上的颜色是人工添加的,因为仪器检测到的原始波长是肉眼看不见的。资料来源:太阳轨道飞行器/EUI团队(欧洲航天局和美国宇航局);CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL MSSL。

“考虑到这两层在物理上是相互联系的,而且日冕中的物质来自最内层——光球层,所以成分上的差异是令人惊讶的。

“现在,由于独特的地面和空间观测的太阳大气,几乎同时进行的,它已经可以明确检测磁波色球层和日冕中的链接这些丰富的元素中没有找到太阳的内部区域。

“当我们试图更好地理解太阳风时,识别日冕形成的过程是至关重要的。太阳风是一种从太阳流出的带电粒子流,它会干扰和破坏地球上的卫星和基础设施。”

“我们的新发现将帮助我们分析太阳风,并追溯其在太阳大气中的来源。”

这些发现建立在上个月发表在《科学》杂志上的一篇相关论文的基础上皇家学会哲学学报它明确地探测到了色球层中的电磁波,排除了其他可能产生类似磁场振荡的因素。

磁波的存在——沿某一方向运动的离子的振动——于1942年首次提出理论,被认为是由每秒在日冕中发生的数以百万计的纳米耀斑或微型爆炸产生的。

新论文背后的研究小组通过模拟磁场范围来追踪波的方向,并发现在色球层反射的波似乎与日冕中大量电离粒子的区域有磁性联系。

这两篇论文的共同作者马可·斯坦加里尼博士(意大利航天局和罗马国家天体物理研究所)说:“内层、光球层和日冕之间化学成分的差异不仅是我们的太阳的特征,也是整个宇宙恒星的特征。”因此,通过观察我们当地的太阳实验室,我们可以提高对远远超出它的宇宙的了解。”

这两篇论文使用了新墨西哥州邓恩太阳望远镜的高分辨率偏振光谱成像仪IBIS获得的观测数据,以及日本/英国/美国EUV成像光谱仪(EIS)的成像数据日之出太阳天文台(一个由伦敦大学学院领导的团队设计和建造的仪器)和数据来自美国国家航空航天局太阳动力学观测台(SDO)。

研究人员表示,他们的发现为未来利用太阳轨道器(一个欧洲太空机构,任务是获取太阳的特写图像)提供的数据进行研究提供了基础。该任务于去年2月启动,包括伦敦大学学院提议、设计和建造的仪器。

新论文的研究团队包括来自奥斯陆大学的贝尔法斯特女王大学、乔治梅森大学、伦敦大学学院和意大利航天局。

这项工作由UKRI的科学技术设施委员会、欧盟的地平线2020计划、美国宇航局的日之德计划、投资NI和Randox实验室有限公司以及挪威研究委员会通过其卓越中心计划资助。

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