利用大熊太阳天文台的古德太阳望远镜进行的一项新研究发现，来自太阳黑子本影的强烈波能可以在太阳日冕中保持百万度的温度。虽然这一发现促进了我们对太阳日冕加热问题的理解，但这个谜团还没有完全解开。
根据大熊太阳天文台的古德太阳望远镜的数据，研究人员在太阳最冷的区域，太阳黑子本影中发现了强烈的波能，这导致了恒星上层大气中令人费解的温度。
在距离太阳表面近5000公里的地方，存在着一个困扰太阳物理学家长达一个世纪的问题——为什么太阳上层大气或日冕的温度比太阳可见表面的温度高几百倍?
一个国际科学家团队对这个问题——通常被称为太阳日冕加热问题——有了新的答案，他们使用了由新泽西理工大学太阳地球研究中心(CSTR)运营的大熊太阳天文台(BBSO)的1.6米古德太阳望远镜(GST)获得的新观测数据。
在最近发表在《自然天文学》杂志上的一项研究中，研究人员公布了他们在太阳上一个相对凉爽、黑暗和强磁化的等离子体区域发现了强烈的波能，能够穿越太阳大气层，并在日冕内保持100万开氏度的温度。
太阳日冕等离子体在数百万度的极端紫外线辐射。图片来源:美国宇航局太阳动力学观测站(SDO)航天器上的大气成像组件(aiA)
研究人员表示，这一发现是解开与地球最近的恒星有关的一系列谜团的最新关键。
“日冕加热问题是太阳物理研究中最大的谜团之一。它已经存在了近一个世纪，”BBSO主任、新泽西理工大学物理学教授曹文达(Wenda Cao)说，他是这项研究的合著者。“通过这项研究，我们对这个问题有了新的答案，这可能是解开太阳大气中能量运输和耗散以及空间天气性质中许多令人困惑的问题的关键。”
利用GST独特的成像能力，Yuan Ding领导的团队能够最初捕捉到太阳上最黑暗和最冷的区域(称为太阳黑子本影)的横向振荡。
这种黑暗的太阳黑子区域可以形成，因为恒星的强磁场抑制了热传导，阻碍了从较热的内部到可见表面(或光球)的能量供应，那里的温度大约达到5000摄氏度。
一段视频显示了太阳黑子横向运动的高分辨率观测。资料来源:NJIT-BBSO, Yuan等人，《自然天文学》，2023
为了进行调查，研究小组测量了与2015年7月14日太阳黑子活动中探测到的许多黑暗特征相关的活动，这些特征是由BBSO的GST记录的，包括太阳黑子本影内等离子原纤维的振荡横向运动，其中磁场比地球磁场强6000多倍。
NJIT-CSTR太阳物理学研究教授、BBSO资深科学家Vasyl Yurchyshyn解释说:“原纤维呈锥形结构，典型的高度为500- 1000公里，宽度约为100公里。”“它们的寿命从两到三分钟不等，它们往往会在本影最暗的地方再次出现，那里的磁场最强。”
“这些黑暗的动态原纤维已经在太阳黑子本影中观察了很长时间，但这是第一次，我们的团队能够探测到它们的横向振荡，这是快速波的表现，”曹说。“这些持续存在的、无处不在的横波在强磁化的原纤维中，通过垂直拉长的磁性管道将能量向上输送，并有助于加热太阳的高层大气。”
解剖我们的太阳。来源:欧洲航天局
通过对这些波的数值模拟，研究小组估计，携带的能量可能比太阳高层大气活跃区域等离子体的能量损失高数千倍——耗散的能量比维持日冕中炽热等离子体温度所需的加热速率高4个数量级。
“各种各样的波在太阳上到处都被探测到，但通常它们的能量太低，无法加热日冕，”Yurchyshyn说。“在太阳黑子本影中检测到的快速波是一种持续而有效的能量来源，可能是加热太阳黑子上方日冕的原因。”
目前，研究人员表示，这些新发现不仅彻底改变了我们对太阳黑子本影的看法，而且在推进物理学家对能量传输过程和日冕加热的理解方面又迈出了重要的一步。
然而，关于日冕加热问题的疑问仍然存在。
曹说:“虽然这些发现是朝着解开这个谜团迈出的一步，但从太阳黑子中释放出来的能量流可能只负责加热植根于太阳黑子中的那些回路。”“与此同时，还有其他与热日冕环相关的无太阳黑子区域仍有待解释。我们希望GST/BBSO将继续提供最高分辨率的观测证据，以进一步解开我们恒星的奥秘。”
参考文献:袁定，傅立波，曹文达，Błażej Kuźma, Michaël Geeraerts, Juan C. Trelles Arjona, Kris Murawski, Tom Van Doorsselaere, Abhishek K. Srivastava，缪玉湖，冯松，冯学上，Carlos Quintero Noda, Basilio Ruiz Cobo，苏江涛，2023年5月25日《自然天文学》DOI: 10.1038 / s41550 - 023 - 01973 - 3
