10億攝氏度!科學家測量太陽耀斑爆發的最初幾分鐘內的能量演變

science科學說 發佈 2020-01-19T21:20:43+00:00

在2017年底,一個巨大的新磁場區域在太陽表面爆發,旁邊是一個現有的太陽黑子。隨著太陽活動在11年的太陽周期中不斷增加,它們將被用來提供第一批日冕磁圖,即太陽表面上方1500英里處的磁場強度地圖。


在2017年底,一個巨大的新磁場區域在太陽表面爆發,旁邊是一個現有的太陽黑子。磁能的強烈碰撞產生了一系列強烈的太陽耀斑,在地球上造成了混亂的太空天氣狀況。這是新澤西理工大學最近開放的歐文斯谷太陽陣列(EOVSA)射電望遠鏡捕捉到的第一批耀斑。

在《科學》雜誌上發表的一項研究中,記錄了這些圖像的太陽科學家首次精確地確定了爆炸釋放能量的時間和地點,將噴涌的等離子體加熱到相當於10億攝氏度的溫度。

通過在微波光譜中收集的數據,他們已經能夠定量測量耀斑點燃後磁場強度的變化,並跟蹤其轉化為其他能量形式——動能、熱能和超熱能——為耀斑在日冕中的5分鐘爆炸提供動力。

到目前為止,日冕磁場在耀斑或其他大規模噴發期間的變化只能通過間接的方法來量化,例如,從光圈(在白光中看到的太陽表層)所測得的磁場的推斷。這些外推法不允許精確地測量這些地點和時間尺度上磁場的動態局部變化,短到足以描述耀斑的能量釋放。

「我們已經能夠確定日冕釋放磁能的最關鍵位置,」新澤西理工大學日地研究中心傑出的物理學研究教授、論文作者格雷戈里·弗萊什曼(Gregory Fleishman)說。「這些是第一批捕捉到火的微觀物理現象的圖像——在小的空間和時間尺度上發生的詳細的過程鏈,使能量轉換成為可能。」

通過測量磁場能量的下降,同時在該地區的電場強度,它們能夠顯示這兩個和諧與能量守恆定律從而能夠量化的粒子加速太陽耀斑,包括相關的噴發和等離子體加熱。

這些基本過程與那些發生在最強大的天體物理源,包括伽馬射線爆發,以及對基礎研究和實際聚變能產生都有意義的實驗室實驗的過程是一樣的。

EOVSA有13個天線一起工作,在1-18千兆赫範圍內拍攝數百個頻率的照片,包括光學、紫外線、x射線和無線電波長,在一秒內即可完成。這種觀察耀斑機制的能力增強了,為研究太陽系中最強大的爆發開闢了新的途徑,這些爆發是由太陽表面磁力線的重新連接引發的,並由日冕中儲存的能量提供動力。

「微波發射是唯一的機制,是敏感的日冕磁場環境,獨特,high-cadence EOVSA微波光譜觀測是使這一發現的關鍵的快速變化的磁場,」注意到戴爾加里,一位著名的大學的物理學教授,EOVSA導演和論文的合著者。「這種測量是可能的,因為在日冕磁場中運動的高能電子主要發射微波範圍內的磁敏輻射。」

在EOVSA的觀測之前,沒有辦法看到太空的廣大區域,在那裡高能粒子被加速,然後在耀斑爆發所驅動的強大衝擊波的作用下進一步加速,如果耀斑爆發指向地球,就會摧毀宇宙飛船並危及太空人。

加里說:「在我們了解哪些事件是良性的,哪些是嚴重威脅的過程中,閃光加速粒子與受電擊加速粒子之間的聯繫是一個重要部分。」

僅僅在擴展陣列開始運行的兩年後,它就能自動生成太陽的微波圖像,並將其提供給科學界以供日常使用。隨著太陽活動在11年的太陽周期中不斷增加,它們將被用來提供第一批日冕磁圖,即太陽表面上方1500英里處的磁場強度地圖。

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