有趣的科普知識：太陽(yáng)的大氣層比太陽(yáng)本身還熱

可見(jiàn)的太陽(yáng)表面，或者說(shuō)光球層，溫度大約是6000°C。但是在它上方幾千公里的地方——太陽(yáng)大氣，也被稱(chēng)為日冕，要熱上百倍，達到一百萬(wàn)攝氏度或更高。

為什么太陽(yáng)的大氣層比其表面熱幾百倍？這一個(gè)天體物理學(xué)家已經(jīng)思考了80年的基本謎題，近日終于被破解和證實(shí)。

最近的研究驗證了Alfvén 80年前的理論，并讓我們離利用地球上的這種高能現象更近了一步。

日冕加熱問(wèn)題自20世紀30年代末以來(lái)就已經(jīng)確立，當時(shí)瑞典光譜學(xué)家Bengt Edlén和德國天體物理學(xué)家Walter Grotrian首次觀(guān)察到日冕現象，這種現象只有在溫度達到幾百萬(wàn)攝氏度時(shí)才可能存在。Edlén和格羅特里安發(fā)現太陽(yáng)日冕比光層熱得多——盡管它離太陽(yáng)的核心更遠。

科學(xué)家們通過(guò)觀(guān)察太陽(yáng)的特性來(lái)解釋這種差異。太陽(yáng)幾乎完全由等離子體組成，等離子體是高度電離的氣體，攜帶電荷。這種等離子體在對流區——太陽(yáng)內部的上部——的運動(dòng)產(chǎn)生了巨大的電流和強大的磁場(chǎng)。

這些磁場(chǎng)通過(guò)對流從太陽(yáng)內部拉起，以太陽(yáng)黑子的形式出現在太陽(yáng)的可見(jiàn)表面。太陽(yáng)黑子是一組磁場(chǎng)，可以在太陽(yáng)大氣中形成各種各樣的磁性結構。

這就是Alfvén的理論的來(lái)源。他推斷，在太陽(yáng)的磁化等離子體中，任何帶電粒子的整體運動(dòng)都會(huì )擾亂磁場(chǎng)，產(chǎn)生的波可以攜帶大量的能量沿著(zhù)遙遠的距離——從太陽(yáng)表面到其上層大氣。熱量沿著(zhù)所謂的太陽(yáng)磁通量管傳播，然后進(jìn)入日冕，產(chǎn)生高溫。

這些磁等離子體波現在被稱(chēng)為Alfvén波，它們在解釋日冕加熱方面的作用使Alfvén獲得了1970年的諾貝爾物理學(xué)獎。

但是在實(shí)際觀(guān)測這些波的問(wèn)題上仍然存在。在太陽(yáng)表面和它的大氣中發(fā)生著(zhù)如此多的事情——從比地球大很多倍的現象到低于我們儀器分辨率的小變化——因此在光層中Alfvén波的直接觀(guān)測證據以前是沒(méi)有實(shí)現過(guò)的。

如今，天文科學(xué)儀器的進(jìn)步為我們研究太陽(yáng)物理打開(kāi)了一扇新的窗口。其中一種儀器是用于成像光譜學(xué)的干涉二維偏振光譜儀(IBIS)，安裝在美國新墨西哥州的鄧恩太陽(yáng)望遠鏡上。這臺儀器使我們能夠對太陽(yáng)進(jìn)行更詳細的觀(guān)察和測量。

結合良好的觀(guān)測條件，先進(jìn)的計算機模擬，以及來(lái)自七個(gè)研究機構的國際科學(xué)家團隊的努力，科學(xué)家們使用IBIS最終第一次確認了Alfvén波在太陽(yáng)磁通量管中的存在。

在太陽(yáng)光球層中直接發(fā)現Alfvén波是在地球上開(kāi)發(fā)其高能量潛能的重要一步。例如，它們可以幫助我們研究核聚變，即太陽(yáng)內部發(fā)生的將少量物質(zhì)轉化為大量能量的過(guò)程。我們目前的核電站目前基本使用核裂變，而有批評者認為——核裂變會(huì )產(chǎn)生危險的核廢料——特別是在2011年發(fā)生在福島的災難中。

通過(guò)在地球上復制太陽(yáng)的核聚變來(lái)創(chuàng )造清潔能源，仍然是一個(gè)巨大的挑戰，因為我們仍然需要快速產(chǎn)生1億攝氏度的溫度才能發(fā)生核聚變。Alfvén waves可能是一種方法。我們對太陽(yáng)越來(lái)越多的了解表明，在合適的條件下，這是完全可能的。

由于新的突破性的任務(wù)和儀器，科學(xué)家也期待著(zhù)更多的太陽(yáng)觀(guān)測發(fā)現。歐洲航天局(European Space Agency)的太陽(yáng)軌道衛星(Solar Orbiter)目前正在圍繞太陽(yáng)運行，提供圖像，并對這顆恒星未知的極地地區進(jìn)行測量。在地球上，新的高性能太陽(yáng)望遠鏡的揭幕也有望增強人類(lèi)從地球上對太陽(yáng)的觀(guān)測。

譯/前瞻經(jīng)濟學(xué)人APP資訊組

參考資料：https://scitechdaily.com/why-the-suns-atmosphere-is-hundreds-of-times-hotter-than-its-surface-80-year-old-theory-finally-confirmed/

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