日冕雨与两个谜团有关

阳光下的雨是怎么下的

梅森在头盔上的饰带中寻找日冕雨,就像这张图片左侧所示的那样,这是1994年在南美拍摄的日蚀期间。一个较小的伪飘带出现在西翼(图像右侧)。头盔飘带得名于骑士的尖头头盔,它延伸至太阳暗淡的日冕,当来自太阳明亮表面的光线被遮挡时最容易被看到。学分:©1994 Upice天文台和Vojtech俄文š,©2007 Miloslav Druckmuller

2017年年中的五个月里,艾米丽·梅森每天都做同样的事情。到达她的办公室美国国家航空航天局在马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心,她坐在桌子上,打开了她的电脑,盯着太阳的图像 - 整天。“我可能看过三年或五年的数据,”梅森估计。然后,在2017年10月,她停了下来。她意识到她一直在看错。

梅森是华盛顿特区美国天主教大学的一名研究生,他正在寻找日冕雨:巨大的一团团等离子体或电气化的气体,从太阳的外层大气层滴到其表面。但她希望在头盔飘带上找到它,百万英里的高磁环 - 以其与骑士的尖尖头盔的相似之处 - 可以看到在太阳日食期间从太阳突出。计算机仿真预测可以在那里找到冠状雨。太阳风的观察,气体从太阳脱落到太空,暗示雨可能发生。如果她能找到它,那么潜在的雨雨物理就会对70岁的奥秘对太阳的外部气氛称为电晕的70岁的神秘来说,这比它的表面更热。但经过近半年的搜索,梅森只是找不到它。“很多看,”梅森说,“对于从未发生过的事情。”

事实证明,问题不在于她要找的是什么,而是在哪里。在今天发表在《天体物理杂志通讯》上的一篇论文中,梅森和她的合著者描述了首次观测到的日冕雨,日冕雨位于一个先前被忽视的较小的太阳磁环内。在朝着错误的方向进行了漫长而曲折的探索之后,这些发现在日冕异常加热和缓慢的太阳风来源之间建立了新的联系——这是当今太阳科学面临的两个最大的谜题。

它如何在我们的阳光下下雨

在2012年美国宇航局SDO中的这部电影中所示的冠状雨,太阳爆发后有时会观察到与太阳光晕相关的强烈加热后爆发后突然切断,剩余的等离子冷却并返回到太阳面。梅森正在寻找与爆发无关的冠状雨,而是由与地球上的水循环相似的加热和冷却的周期性过程引起。学分:美国宇航局的太阳能动力学天文台/科学可视化工作室/汤姆布里奇曼,铅动画师

阳光下的雨是怎么下的

通过安装在美国国家航空航天局SDO航天器上的高分辨率望远镜观察到,太阳——一个炽热的等离子体球,充满了由巨大的火红环所追踪的磁力线——似乎与地球在物理上几乎没有相似之处。但是我们的家园提供了一些有用的指南来分析太阳的混乱:其中之一就是雨。

在地球上,雨只是较大的水循环的一部分,在加热和引力的推动之间是无尽的拔河。它始于液态水,在海洋,湖泊或溪流的地球表面上汇集在地球表面上,被太阳加热。其中一些蒸发并升高到大气中,在那里它冷却并冷凝成云层。最终,那些云变得足够沉重,以至于重力的拉力变得不可抗拒,水在进程开始重新开始之前将水倒回地球。

梅森说,在太阳上,日冕雨的作用原理类似,“但不是60度的水,而是100万度的等离子体。等离子体是一种带电气体,它不像水那样聚集在一起,而是沿着太阳表面形成的磁环运动,就像轨道上的过山车。在环的底部,也就是它与太阳表面相连的地方,等离子体的温度从几千度上升到180多万度华氏温度。然后,它远离热源的峰值膨胀并收集圆顶。随着等离子体冷却,它凝结着,重力将其落在循环的腿下作为冠状雨。

梅森正在寻找头盔飘带的冠状雨,但她看起来与这种底层的加热和冷却周期有关的动机比雨本身更有关。由于至少20世纪90年代中期,科学家们已经知道头盔飘带是慢太阳风的一个来源,比较慢,致密的气体流,其与其快速移动的对应物分开脱落太阳。但是,慢太阳能风气的测量透露,在冷却并逃避太阳之前,它曾经被加热到极端程度。冠状雨后面的加热和冷却的周期性过程,如果在头盔飘带内部发生,那将是一件拼图。

另一个原因与日冕加热问题有关——太阳外层大气的温度是其表面温度的300倍,这是一个谜。令人惊讶的是,模拟显示,只有当热量被施加到环流的最底部时,日冕雨才会形成。梅森说:“如果一个环流圈上有日冕雨,那就意味着它的底部10%或更少的地方是日冕加热发生的地方。”雨循环提供了一个测量棒,一个确定日冕在哪里被加热的截止点。从他们能找到的最大的循环开始搜寻——巨大的头盔饰带——似乎是一个不大不小的目标,一个能使他们成功的机会最大化的目标。

她拥有最适合这项工作的数据:美国宇航局(NASA)太阳动力学观测站(SDO)拍摄的图像。自2010年发射以来,SDO每12秒就对太阳进行一次拍摄。但在搜寻将近半年的时间里,梅森仍然没有在头盔飘带上发现一滴雨。然而,她注意到了许多她并不熟悉的微小磁性结构。梅森说:“它们真的很亮,一直吸引着我的眼睛。”“我最后看了一眼,果然一次下了几十个小时的雨。”

起初,梅森太专注于她的头盔飘带的探索,她没有注意到观察结果。“她在小组会议上说,‘我从来没有发现过它——我总是在这些其他的结构中看到它,但它们不是头盔上的条纹,’”Nicholeen Viall说,他是Goddard的太阳科学家,也是这篇论文的合著者。“我说,‘等等……等等。’”你在哪里看到的?我想以前没人见过这个!’”

阳光下的雨

梅森的文章分析了三个雨点零点拓扑(RNTPs)的观测结果,RNTPs是一种以前被忽视的磁结构,在这里以两种波长的极端紫外线显示。在这些相对较小的磁环中观测到的日冕雨表明,日冕可能在一个比先前预期的更有限的区域内被加热。功劳:美国宇航局太阳动力学天文台/艾米丽·梅森

用于加热的测量棒

这些结构与头盔飘带在几个方面有所不同。但最引人注目的是它们的体型。

“这些环比我们寻找的要小得多,”戈达德的太阳物理学家斯皮罗·安蒂奥乔斯(Spiro Antiochos)说,他也是这篇论文的合著者。“所以这告诉你,日冕的加热比我们想象的要局部得多。”

虽然这些发现并没有确切地说明日冕是如何被加热的,但梅森说:“它们确实推动了日冕加热可能发生的地方的底部。”她发现了约3万英里高的雨圈,仅仅是她最初寻找的一些头盔飘带高度的百分之二。降雨使日冕加热发生的区域凝结。梅森说:“我们仍然不知道是什么在加热日冕,但我们知道它一定发生在这一层。”

缓慢的太阳风的新来源
但是观察结果的一部分并没有与以前的理论有关。根据目前的理解,冠状雨仅在封闭环上形成,等离子体可以在没有任何逃生手段的情况下聚集和冷却。但随着梅森通过数据筛选,她发现了在开放磁场线上形成雨的案例。只有一端锚定到阳光下,这些开放式线条的另一端送入太空,等离子可以逸出到太阳风中。为了解释异常,梅森和团队制定了一种替代解释 - 将雨在这些微小的磁性结构上与慢太阳风的起源相连。

在新的解释中,下雨等离子体在闭环上开始了它的旅程,而是通过称为磁重新连接的过程来开关 - 打开一个。当闭环凸起进入开放场线和系统重新系列时,这种现象经常发生在阳光下。突然间,闭环上的过热等离子体在开放的场线上发现自己,就像一个具有切换轨道的火车。其中一些等离子体会迅速扩大,冷却,并随着冠状雨倒回太阳。但它的其他部分将逃脱 - 形成,他们怀疑,慢太阳风的一部分。

梅森目前正在对这一新的解释进行计算机模拟,但她也希望不久的观测证据能够证实这一说法。现在,2018年发射的帕克太阳探测器比之前的任何航天器都更接近太阳,它可以穿越缓慢的太阳风爆发,可以追溯到太阳——可能是梅森的日冕雨事件之一。在观测到开阔磁场线上的日冕雨后,逃逸到太阳风中的等离子体通常会消失在子孙后代的视线中。但不再。维奥尔说:“我们有可能利用帕克太阳探测器实现这种联系,然后说,就是这样了。”

挖掘数据

至于在头盔飘带中找到冠状雨?搜索继续。模拟很清楚:雨应该在那里。“也许这太小了,你看不到它?”antiochos说。“我们真的不知道。”

但是,如果梅森找到了她正在寻找的东西,她可能没有做出发现 - 或者花了所有的时间学习太阳能数据的内部和外面。

梅森说:“这听起来很辛苦,但老实说,这是我最喜欢的事情。”“我的意思是,这就是为什么我们制作了一些拍摄了那么多太阳图像的东西:这样我们就可以观察它们,并找出答案。”

出版:E. I. Mason等人,“在零点拓扑中的太阳日冕雨观测”,ApJL, 2019;DOI:10.3847 / 2041-8213 / AB0C5D

1评论关于“日冕雨与两个谜团的联系”

  1. 当试图想到如何验证的部分我的理论在我看来,旅行暗物质向太阳上将瞬间达到0 G点应该导致暗物质闪光暗能量的形式nanoflares释放大量的热量将来自太阳的再生恢复暗物质。这一持续的过程将加热日冕,同时冷却太阳表面。

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