科技日报练习记者 代小佩
当我们烤火时，离火源越远，温度越低。若是把太阳的焦点看做一个火源，一样知足这一纪律吗？
因为太阳的能量来自其内部焦点区域的核聚变反映，依照热力学第二定律，离太阳焦点越远，温度应当越低。事实上，从太阳焦点到太阳概况（光球层），温度从年夜约1500万摄氏度降落到了约5500摄氏度，确切知足这必然律。但是，从光球层再往外时，温度却变态升高，日冕层（太阳的最外层年夜气）的温度乃至高达百万摄氏度。
日冕高温是若何发生和保持的？这就是日冕加热的题目，是太阳物理和空间物理范畴持久以来悬而未决的困难之一。2012年，日冕加热题目被《科学》杂志选为今世天文学的八年夜未解之谜之一。
日前，北京年夜学地球与空间科学学院传授田晖带领的课题组及其国际合作火伴在《科学》杂志颁发了一项研究成果，为窥测日冕高温的奥秘供给了一个新窗口。
“小喷泉”供给破解谜题的线索
最早，日冕是在日全食产生时被发现的。日冕亮度年夜约是太阳概况的百万分之一，当月亮完全盖住太阳的盘面时，微弱的日冕辐射才可以或许被人们所不雅测到。
上世纪中叶，人们发现日冕中存在高次电离的铁离子，揣度日冕的温度高达百万度，比太阳概况的温度高两个数目级以上。
当人们对太阳的色球层摄影时，凡是可以发现太阳的边沿有良多毛刺状的喷流，即位于光球层和日冕之间的针状物。这些宽度凡是只有200千米摆布（太阳半径约70万千米）的针状物，间歇性地从太阳概况喷射到日冕中。田晖告知科技日报记者，任什么时候候，太阳概况都存在着约百万个针状物。
“针状物像喷泉一样向外活动，所以其轨迹呈颀长状。因为下方色球布景物资发出的氢原子Hα谱线辐射向别传输时被针状物接收，所以在Hα图象中针状物看起来是暗的。”田晖称，针状物是磁重联将位于低层年夜气（色球）的物资加快向外抛出时构成的。“被抛出的物资包罗中性原子、电子和离子等温度约1万摄氏度的物资。”
2014年，田晖等人按照界面层成像光谱仪卫星（IRIS）的不雅测数据，在《科学》杂志上颁发论文指出，很年夜一部门针状物被加热到了最少10万摄氏度摆布。另外，一些不雅测也显示，部门针状物可能会被加热到百万摄氏度的量级。“这些研究表白，针状物在日冕的物资和能量供给中起到了很是主要的感化，领会其发生和传输进程是解决日冕加热题目的关头。”田晖说。
不外，人们对针状物的发生机制莫衷一是。田晖告知记者，良多学者提出了多种针状物发生的理论模子，这些模子中的焦点物理进程包罗了慢激波、阿尔芬波、中性气体与电离气体之间的彼此感化、片状磁场布局的扭曲、涡旋活动、相反标的目的磁场布局之间的磁重联等。
但是，这些说法几近都没有取得太阳物理界的遍及认同。首要是由于缺少直接的不雅测证据来证实。受限于曩昔千里镜的分辩率和活络度，不雅测针状物的发生进程极为坚苦。
年夜口径太阳千里镜功不成没
田晖及其博士后檀摩耶·萨曼塔（Tanmoy Samanta）等与美国年夜熊湖天文台合作，操纵美国古迪太阳千里镜对太阳安好区（除往黑子及其四周谱斑之外的区域）针状物的发生机制和加热进程进行了不雅测。
操纵氢原子Hα谱线，课题组对针状物进行了长时候（约3.5秒）和高空间分辩率（约45千米）的成像不雅测研究。经由过程丈量铁原子1.56微米谱线的偏振轮廓，课题组取得了光球深处磁场演变的高质量数据，磁图的空间分辩率达150千米摆布。
在具体阐发数据后，他们发现，分歧极性磁场布局之间的彼此感化与针状物的发生慎密相干。这些针状物凡是发生于太阳上一种对流单位鸿沟处的强磁场区域（称为收集组织）四周。当收集组织四周呈现相反极性的小标准弱磁场布局时，凡是针状物便会发生。一些相反极性的磁场布局在与收集组织的磁场接近的进程中逐步变小并终究消逝，在此进程中不雅测到陪伴的针状物勾当。
“这些不雅测成果为磁重联驱动针状物的不雅点供给了强有力的撑持。”田晖称，磁重联是等离子体中磁场拓扑布局产生改变，致使磁场的能量开释出来加热和加快物资的一种物理进程。
太阳上遍及存在小标准的磁流显现（即磁场布局从太阳内部上浮到太阳年夜气中）进程。“当这些新显现出来的小标准磁场布局接近强磁场的收集组织，而且两者接触面上磁场极性相反时，即可能产生磁重联。”田晖说。
磁重联将位于低层年夜气的物资加快向外抛出，构成针状物。这与当前最风行的两种针状物发生机制（磁流体激波、中性与电离成份之间的彼此感化）判然不同。这一图象也与现有的几个磁重联驱动针状物的数值模子所描写的图象分歧。
美国太阳动力学天文台卫星（SDO）上搭载的年夜气成像千里镜（AIA）也对古迪太阳千里镜的不雅测区域进行了不雅测。其数据显示，针状物上端呈现了加强的171 ?辐射（首要来自Fe8+离子，发生于100万摄氏度摆布的情况中），表白针状物在传布进程中被加热到了百万度的量级。
田晖暗示，曩昔对太阳边沿和日面勾当区（黑子四周区域）的少数不雅测显示，太阳低层年夜气的喷流会致使局地日冕的加热。本次对日面上最遍及的安好区的不雅测表白，针状物被加热到日冕温度是一种很是遍及的现象。
从头梳理日冕高温成因研究思绪
“针状物在向别传输进程中的加热机制仍不清晰，需要将来深切研究。”田晖称，可能的机制包罗等离子体波的耗散，电流的耗散，湍流的感化等。
专家暗示，这一功效从头梳理了日冕加热的研究思绪。“曩昔，年夜家凡是仅在日冕不雅测中寻觅加热的蛛丝马迹，相干理论研究也年夜多切磋日冕中的物理进程。而这一功效表白，日冕加热与太阳低层年夜气中的磁勾当紧密亲密相干，要揭开日冕加热的神秘面纱，必需要存眷能量和物资从低层年夜气往别传输的进程，即需要着眼于太阳各层年夜气之间的耦合。”田晖告知科技日报记者。
这一研究功效将增进日冕加热和磁重联的有关理论和数值摹拟研究。太阳低层年夜气是部门电离的，有年夜量中性气体，这类情况下磁重联的特点与完全电离情况下的有何分歧，仍需进一步研究。
田晖暗示，日冕的高温是太阳风构成的直接缘由，而太阳风充溢于各年夜行星之间的区域当中，可以说是太阳系中的根基介质。“若是日冕的温度没有这么高，那末太阳就不会发出太阳风，行星际空间根基就是真空了。所以领会日冕高温构成的缘由很是主要。”
另外，理解日冕的高温对我们理解宇宙中其他近似现象也有所启迪。“很多恒星与太阳一样，有温度远高于其概况的星冕。黑洞吸积盘四周也可能存在高温的冕层。我们的不雅测成果为理解它们的成因也供给了参考。”田晖诠释道。
田晖坦言，此次研究获得冲破，得益于地基和空间千里镜对太阳年夜气分歧条理（分歧温度）的协同不雅测。“将来3年，我国的进步前辈天基太阳天文台（ASO-S）、欧洲的太阳环抱器（Solar Orbiter）、印度的Aditya-L1等卫星将要发射，这些年夜装备将在多个电磁波段对太阳年夜气进行高分辩率和高活络度的不雅测，将帮忙我们进一步理解日冕加热与低层年夜气磁勾当的关系。”
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