太阳的大气相当混乱,当中由超高温电浆产生的磁场会扭曲在一起、随着恒星旋转重新排列,称为磁重联。现在,NASA 的太阳动力学天文台首次发现一种全新电磁爆,称为强制磁重联,证实了 15 年前的理论预测。
太阳动力学天文台(Solar Dynamics Observatory,SDO)于 2010 年 2 月 11 日发射,最终进入离地 36,000 公里高的地球同步轨道观测太阳大气,主要携带 3 项科学仪器:日震与磁成像仪(Helioseismic and Magnetic Imager,HMI)、极紫外线变化实验仪(Extreme Ultraviolet Variability Experiment,EVE)、大气成像组件(Atmospheric Imaging Assembly,AIA)。
人眼看不见太阳表面杂乱的磁场,但磁场会影响周围物质,比如磁能转换为动能、热能与加速的粒子,科学家能利用 SDO 数据,在可见光波长下研究这些被加热至 100~200 万℃ 的粒子。
科学家已经发现太阳表面超高温电浆产生的磁场会扭曲、然后随太阳转动自发分裂再连接,称为磁重联(magnetic reconnection)现象;而 15 年前,有理论首次提出另一种“强制磁重联(forced magnetic reconnection)”现象,仅当某种类型的喷发挤压等离子体和磁场时才会触发后者,过去从来没有被观测过。
不过根据 SDO 最新观测结果,科学家第一次直接看到日冕层(太阳高层大气)发生强制磁重联现象。在 SDO 于 1 个多小时内拍摄的一系列图像中,可以看到太阳表面喷发的一个日珥(solar prominence)落回到大气,然后在途中混乱的磁力线,导致它们重新以明显的 X 形连接。
▲ 科学家首度发现强制磁重联现象。(Source:NASA)
团队研究了多个紫外线波长以计算强制磁重联后的电浆温度,数据显示,日珥在强制磁重联事件爆发后变得更热,表明强制磁重联可能是局部加热日冕的一种方式。
虽然自发磁重联也可以加热电浆,但强制磁重联的加热效果似乎更有效、更快且以更可控的方式升高电浆温度,NASA 表示,这一发现可能有助于解释,为什么太阳上层大气比靠近内部的低层大气还要热许多,也能促进全球正在进行受控核融合、电浆实验的实验室取得突破。
其他太阳爆发现象如:耀斑、日冕物质抛射等,也可能引发强制磁重联现象,进一步了解可以帮助科学家改善模型,预测高能带电粒子何时可能加速飞向地球。
新论文发表在《天文物理期刊》(Astrophysical Journal)。
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(首图来源:NASA)