首张完整日冕磁场图诞生!借助新测量手段,太阳活动和喷发事件将更“有迹可循”

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利用对日冕的近红外观测,可以描绘出太阳外层大气的扭曲、不断变化、难以捉摸的磁场。

最近,一个由太阳物理学家组成的国际小组首次测量了太阳大气层最外层——日冕——的全球磁场,为日冕磁场测量这一世纪难题的解决提供了一个新的有效途径。

首张完整日冕磁场图诞生!借助新测量手段,太阳活动和喷发事件将更“有迹可循”

(图源:Science)

该团队包括来自中国北京大学和美国国家大气研究中心(NCAR)的研究人员,以及来自泰恩纽卡斯尔诺森比亚大学的学者们。研究人员利用日冕多通道偏振仪(CoMP)进行观测,以测量来自太阳大气的红外辐射。他们的研究最新发表在《科学》(Science)杂志上。

首张完整日冕磁场图诞生!借助新测量手段,太阳活动和喷发事件将更“有迹可循”

太阳是一颗磁化恒星,它的磁场在形成太阳大气中起着关键作用。磁场控制着太阳活动的许多方面,导致了11年的太阳周期。在壮观的太阳爆发时刻,日冕中的热气体(等离子体)升温到数百万摄氏度。

日冕是太阳大气层的最外层,它由一个炽热且高度扩散的等离子晕组成,在恒星燃烧表面上方延伸数千公里。在贯穿整个太阳大气的强磁场的约束下,日冕在直接影响地球和更大的太阳系的太阳活动中扮演着关键的角色。

人们普遍认为,这个区域的高动态磁场强烈地影响着太阳大气的许多复杂物理过程。然而,与太阳表面磁场不同的是,日冕磁场的有意义的观测是有限的,要获得直接的测量是有挑战性的。

磁场会穿过太阳大气层的不同层,这意味着需要关于整个大气层磁场的信息,才能理解太阳等离子体和磁场之间的相互作用。可惜的是——此前,太阳磁场的常规测量只能在我们的恒星表面(太阳的光球层)进行。

虽然第一次测量太阳磁场已经过去了100多年,但人类仍然没有对太阳大气上层的磁场,特别是日冕获得精确的了解。

20多年前,人们提出了一种称为磁震学(magnetoseismology)的技术来测量日冕中的磁场。这种方法利用了被称为阿尔芬波(Alfvén waves)的电磁波,这种电磁波被观察到沿着磁场传播。

在最新的研究中,研究人员们利用日冕多通道偏振计(CoMP)独特的近红外成像光谱观测,来确定日冕中的电子密度和磁铃动力波速。结合这些测量结果,他们获得了整个可观测日冕的磁场图。结果表明,成像光谱可以用来确定日冕磁场。

在这一过程中,他们提出基于日冕中普遍存在的磁流体横波,来测量日冕磁场,并将过去局限于部分区域的波动追踪方法拓展到整个视场范围,从而获得这些波动传播速度的全球性分布。之后,他们利用1074.7nm和1079.8nm谱线辐射强度之比对密度敏感的特性,得到了日冕等离子体密度的全球性分布。

尽管作者报告说,这项技术不能应用于受太阳爆发或其他大规模暂态磁场中断影响的地区,但它可以用来绘制与太阳表面类似的常规磁场图。这项进展也将有助于增进对太阳活动周期以及太阳喷发事件的认识。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源:https://phys.org/news/2020-08-global-magnetic-field-solar-corona.html

https://eurekalert.org/pub_releases/2020-08/aaft-nmm080320.php

https://www.deccanherald.com/science-and-environment/way-to-measure-magnetic-field-of-solar-corona-found-870453.html

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