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为破解500年的谜题,帕克太阳探测器将再次靠近太阳

作者: admin来源: 本站时间:2019-06-07

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美国宇航局帕克太阳探测器接近太阳的假想图。(图片:©JHUAPL)

NASA的帕克太阳探测器正准备再次与太阳进行一次近距离接触,调查人员希望飞船这次将会解决一个长期困扰着科学家的太阳谜题:为什么太阳的外层大气温度高达上百万度(无论是华氏还是摄氏度),但是太阳表面却只有大约6000华氏度(3300摄氏度)?

一种理论认为,这种壮观的加热现象来自于太阳表面和上层大气之间来回移动的小电磁波。基于美国宇航局之前一项任务的一项新研究表明,这种加热现象的关键在于一个被称为优先加热区的太阳区域。

新研究的主要作者、密歇根大学的气候和空间科学教授、探测器上太阳风电子阿尔法(SWEAP)和质子仪器的首席研究员贾斯汀·卡斯帕(Justin Kasper)在一份声明中说,“不管这个加热过程背后的物理原理是什么,这都是一个困扰了我们500年的难题,再过两年,帕克太阳能探测器将最终揭开谜底。”

从目前科学家对这种过热现象的了解来看,这是一个很奇怪的过程。一些单独的化学元素会升温到不同的温度,而一些重离子(或带电粒子)甚至比太阳的核心还要热。

所有这些热量使得太阳大气(也就是我们所知的日冕)在太阳表面膨胀形成一个“气球”,在日全食期间,当月亮遮挡太阳的时候,我们就可以见到太阳的这种大气现象,在日全食发生的几分钟里,日冕会在天空中闪耀着明亮的光芒。

在过热区还有一种被称为阿尔文波的磁流体力学波,它是磁场导电流体(如等离子体)中的小磁波。在这个过热区域的边缘,太阳风(从太阳发射出的带电粒子流)移动的速度快得足以逃离这些波,但在边缘之下,由于波从各个方向对粒子进行撞击,太阳风粒子会像兵乓球一样运动并且加速。

不过科学家们真正想知道的是这种加热区域在太阳表面到底延伸有多远。但帕克离太阳的距离还不够近,还没有到达这个区域的高度,所以研究人员转而利用美国宇航局Wind 航天器的数据来寻找这个区域,该航天器于 1994年发射,运行至今,已经对太阳风进行了数十年的观测。具体地说,科学家们把注意力集中在太阳的一种常见元素上——氦。

科学家们追踪了氦在太阳不同高度的温度,他们发现,当太阳风中的离子相互碰撞时,这种元素的升温速率会减小,科学家们还发现,这个过热区在太阳表面以上10到50个太阳半径之内。

然而,进一步的分析表明,这个区域的外缘可能与阿尔芬点(即太阳风中粒子脱离太阳的距离)有关,先前的研究表明,随着太阳活动的增加或减少,阿尔芬点也可以上升或下降。

因此,卡斯帕和他的合著者每年都会对Wind航天器的数据进行研究。卡斯珀说,他们的发现让他们感到惊讶:虽然过热区和阿尔芬点外边界的计算方法完全独立,但它们以完全可预测的方式同步移动。

随着帕克太阳探测器越来越接近太阳,这两个边界也将会继续移动,因此研究人员也计算了航天器与这些边界相交的时间。在2021年,探测器将会从这些关键区域发回数据,那时候科学家们将对我们的太阳有一个全新的认识。

一篇基于这项研究的论文发表在周二(6月4日)的《天体物理学杂志快报》上。

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