太阳带来的幻觉：日冕环可能不是我们所看到的那样

发表于 3年以前 | 总阅读数：567 次

这项研究由美国国家大气研究中心（NCAR）领导，发表在《天体物理学杂志》上，依靠的是对日冕的尖端、现实的三维模拟。几年前在NCAR进行的模拟，使科学家们能够将日冕切成不同的部分，以努力隔离单个日冕环。

他们发现，许多日冕环根本就不是环。

虽然研究小组能够确定他们正在寻找的一些日冕环，但他们也发现，在许多情况下，在拍摄的太阳图像中看似环的东西实际上可能是太阳大气中明亮等离子体的皱褶。当明亮的等离子体片叠在自己身上时，这些褶皱看起来就像明亮的细线，模仿了独特的、自成一体的等离子体股的外观。

研究小组将这一发现称为"日冕面纱"假说，对我们了解太阳具有重大意义，因为几十年来，假定的日冕环被用作推断有关密度、温度和太阳大气的其他物理特征的信息。

这项研究由美国宇航局资助，包括来自NCAR高空观测站、洛克希德-马丁太阳和天体物理实验室、西南研究所和美国宇航局戈达德的合作者。NCAR是由国家科学基金会赞助的。

在极紫外光下拍摄的太阳图像中可以看到似乎是日冕环的东西。对科学家来说，它们的存在是一个自然的假设，因为它符合我们对磁性的最基本理解。

大多数小学生都曾在某个时候看到过当铁屑被洒在一个条形磁铁附近时会发生什么。铁屑沿着从条形磁铁的一极到另一极的磁场线定向。这些弯曲的线条散开，变得更弱，密度更小，离磁铁越远。

太阳图像中明显的日冕环看起来惊人地相似，而且由于太阳中有一个重要的磁场，磁场线的存在可以将等离子体的绳索困在它们之间并形成环形，这似乎是一个明显的解释。而事实上，这项新的研究证实了这种环路可能存在。

然而，根据我们对磁体的理解，在太阳上看到的日冕环从来没有完全按照它们应该有的行为。例如，科学家们期望太阳上的磁场线会散开，就像在铁屑实验中一样，当你在日冕中移动到更高的位置时。如果发生这种情况，被困在磁场线之间的等离子体也会在边界之间散开，形成更厚、更不明亮的环。但是太阳的图像并没有显示这种现象。相反，更远处的环状物仍然显得薄而明亮。

这些环状物可能是日冕面纱上的皱纹，这有助于解释这个问题和其他与我们对环状物的预期不一致的地方--但它也提出了新的问题。例如，是什么决定了这些褶皱的形状和厚度？还有，在太阳的图像中，有多少明显的环状物实际上是真正的链状物，有多少是光学幻觉？

日冕环可能是幻觉的发现要归功于MURaM，这是一个辐射磁流体力学模型，在NCAR领导的一项工作中被扩展到了日冕模型。几年前，由洛克希德-马丁公司太阳能和天体物理学实验室领导的一组研究人员使用MURaM创建了一个极其详细的日冕模拟。

研究小组将这一发现称为"日冕面纱"假说，对我们理解太阳具有重大意义，因为假定的日冕环已经被用来作为数十年来的太阳。

这种模拟在最初产生时是开创性的，因为它能够同时模拟太阳的多个区域所发生的事情，从对流区的上部--大约在太阳表面以下1万公里--通过太阳表面和其他区域，直到进入日冕的近4万公里。太阳的这些不同区域涵盖了广泛的物理条件，包括密度和压力的差异，因此科学家们以前没有想出一个办法，在一个统一的模拟中以数学方式表现这些区域。

在其他成果中，新的模拟首次能够捕捉到太阳耀斑的整个生命周期，从太阳表面以下的能量积累到表面耀斑的出现，最后到能量的爆炸性释放。

该模型还产生了包含磁场和等离子体结构的3维数据集，可用于产生"合成"观测。由于日冕在光学上很薄--意味着相对容易看穿它--在太阳的图像中，日冕的结构相互重叠。这使得我们很难分辨一个与其他环状物重叠的"环"是在前面还是后面。也很难分辨出环状物本身是否有一个紧凑的横截面，就像花园里的水管一样，还是像一条长长的带子，从边上看。也有可能看起来是一条细线的东西可能是由明亮的等离子体薄片上的褶皱造成的光学伪影。

MURaM产生的数据方块为科学家们提供了解剖太阳大气层和单独研究重叠结构的机会，这是我们目前拥有的观测站和仪器所不能做到的。虽然MURaM的模拟是有史以来最真实的日冕之一，但它仍然只是一个模型。要了解有多少日冕环实际上是光学幻觉，需要精心设计探测日冕的观测方法和新的数据分析技术。