您当前位置:首页-物理空间-详情

为什么太阳的大气层比它的表面更热?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-09-03 08:52:35

太阳的可见表面,即光球层,大约有6000摄氏度(11000华氏度)。但在它上方几千公里——考虑到太阳的大小,这是一个很小的距离——太阳大气层,也称为日冕,温度要高出数百倍。日冕达到100万摄氏度或更高(超过180万华氏度)。尽管距离太阳主要能量来源的距离增加了,但在大多数恒星中都观察到了这种温度峰值。它代表了一个天体物理学家思考了几十年的基本难题。1942年,瑞典科学家Hannes Alfvén提出了一个解释。他的理论是,等离子体的磁化波可以携带大量的能量沿着太阳磁场从太阳内部到达日冕。这种能量绕过光球层,然后在太阳上层大气中与热量爆炸。

为什么太阳的大气层比它的表面更热


一个古老理论的现代证明


科学家们暂时接受了这个理论,但我们仍然需要证明。我们需要经验观察这些波的存在。我们最近的研究终于做到了这一点。它验证了Alfvén已有80年历史的理论,并让我们向利用地球上的这种高能现象又迈进了一步。日冕加热问题自20世纪30年代末就已经存在。瑞典光谱学家Bengt Edlén和德国天体物理学家沃尔特格罗特里安(Walter Grotrian)就是在那时首次观察到太阳日冕中的现象,这种现象只有在温度达到几百万摄氏度时才会出现。

这表示温度比光球层高1000倍,光球层是我们从地球上看到的太阳表面。估算光球层的热量一直是相对简单的。我们只需要测量从太阳到达我们的光,并将其与预测光源温度的光谱模型进行比较。在几十年的研究中,科学家们一直估计光球层的温度在6000摄氏度(11000华氏度)左右。Edlén和Grotrian的研究发现,太阳日冕比光球层热得多——尽管离太阳核心更远,它的终极能量来源——这让科学界大为挠头。


为什么太阳的大气层比它的表面更热

对流和太阳的大气层


科学家们通过观察太阳的特性来解释这种差异。太阳几乎完全由等离子体组成,这是一种携带电荷的高度电离气体。这些等离子体在对流区(太阳内部的上部)的运动产生了巨大的电流和强磁场。对流将这些磁场从太阳内部拉上来。它们以黑子的形式浮在太阳可见的表面上,黑子是一簇磁场,可以在太阳大气中形成各种各样的磁结构。这就是Alfvén的理论发挥作用的地方。他推断,在太阳的磁化等离子体中,任何带电粒子的大规模运动都会扰乱磁场。它将产生可以携带大量能量的波,从太阳表面到高层大气。在爆炸进入日冕之前,热沿着所谓的太阳磁通量管传播,产生高温。


为什么太阳的大气层比它的表面更热

观察Alfvén波


但在实际观测这些波时仍然存在问题。在太阳的表面和大气中发生了如此多的变化——从比地球大许多倍的现象到低于我们仪器分辨率的小变化——以至于在光球层中Alfvén波的直接观测证据以前从未实现过。但最近仪器设备的进步为我们研究太阳物理学打开了一个新的窗口。其中一种仪器是用于成像光谱学的干涉双维光谱偏光仪(IBIS),安装在美国新墨西哥州的邓恩太阳望远镜上。这个仪器使我们能够对太阳进行更详细的观察和测量。

结合良好的观测条件,先进的计算机模拟,以及来自七个研究机构的国际科学家团队的努力,我们使用IBIS最终首次确认了太阳磁通量管中Alfvén波的存在。

为什么太阳的大气层比它的表面更热


新能源


在太阳光球层中直接发现Alfvén波是在地球上开发它们的高能量潜力的重要一步。例如,它们可以帮助我们研究核聚变,这是在太阳内部发生的过程,涉及到少量的物质转化为大量的能量。我们目前的核电站使用的是核裂变,批评人士认为这会产生危险的核废料,特别是在发生灾难的情况下,包括2011年发生在福岛的灾难。

推荐文章:如果太阳突然消失会发生什么

通过在地球上复制太阳核聚变来创造清洁能源仍然是一个巨大的挑战。我们仍然需要迅速产生1亿摄氏度的温度才能实现核聚变。Alfvén waves可能是一种方法。我们对太阳越来越多的了解表明,在适当的条件下,这当然是可能的。

由于新的、开创性的任务和仪器,我们也期待着很快会有更多关于太阳的发现。欧洲航天局的太阳轨道卫星现在正在环绕太阳的轨道上,传送图像并测量恒星未知的极地区域。在陆地上,新的高性能太阳望远镜的揭幕也有望增强我们从地球上观察太阳的能力。

太阳还有许多秘密有待发现,包括太阳磁场的性质。因此,对于太阳研究来说,这是一个激动人心的时刻。我们对Alfvén波的探测只是对一个更广阔领域的贡献之一,这个领域正在寻求解开太阳剩余的奥秘,以便在地球上进行实际应用。
D相关下载
Z最新攻略更多+
热门文章更多+
近期大作更多+