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太阳旁的神秘气体

时间:2022-12-27

它们运动的方向与太阳风中向外喷涌的气流恰恰相反

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欧洲空间局(ESA)的SOHO探测器探测到了坠入太阳的神秘气体。它们运动的方向与太阳风中向外喷涌的气流恰恰相反。在新一期的《天体物理学报通讯》上,发现这些气体的科学家认为这些向内流动的气体是由于太阳磁场局部的频繁变化所造成的。这一发现将有助于我们对太阳磁场的进一步认识。

许多天文学家已经观测到在太阳低层大气中有明亮的物质被喷出继而掉入太阳。现在我们看到的气体正在较远处的大气中开始下落。1997年使用SOHO的大角度分光日冕仪(LASCO)首次注意到了这些气体。在重新检查1996年的照片时,也发现了类似的气体流动。

现在观测到了大约800次的气体内流现象——其中大多数是在1998年之后被发现的,当时正直太阳活动极大年。气体内流大致在太阳可视表面上方270万公里处发生,相当于太阳直径的两倍。在那儿太阳风得到加速,达到每秒120公里的速度。与之相抗衡,内流的气体云以每秒50-100公里的速度运动。通常情况下,大约运动70万公里之后它们就会静止下来。 “当我第一次看到这些内流气体的影像时,我非常的惊讶,”ESA空间计划科学家Bernhard Fleck说,“在SOHO发现它们之前,没有人知道这些反向运动的气体。现在我们通过对这些内流气体的研究可以知道太阳是如何控制那些驱动太阳风的磁场。” 大角度分光日冕仪(LASCO)用一个圆盘来遮挡直接来自日面的强光,使太阳永远处在日食的状态。一个跨国的科研小组包括美国海军研究实验室、法国天文实验室、德国马普天文研究所以及英国的伯明翰大学,为SOHO制造了LASCO。LASCO在观测太阳物质爆发性抛射方面已非常的有名,而且发现了许多掠日彗星。 即使有了这些强有力的设备,内流气体仍然很难被观测到。其中最有用的是C2日冕仪,它可以观测太阳可视表面以外70-350万公里的区域。海军研究实验室的Neil Sheeley和王益明(音译,Yi-Ming Wang),通过每20-25分钟减去一张图像,进而合并一系列的图像成为一段动画。通过合成的动画,人眼很有利于在向外喷发的气体背景中发现这些不寻常的内流气体。

尽管气体受到太阳引力的强大牵引,但是这并不是作用在内流气体决定性的因素。最初这些气体极高的聚集速度、以及它们最终的减速,都预示着这些气体主要受太阳磁场的控制。一小部分内流气体是物质抛射的逆流,但是这只是一些零星的事件,绝大部分的内流都发生在低速太阳风区域。 在太阳的左侧如果每日出现20个内流,那么在2周的停歇之后,会在太阳的右侧出现相似的内流。这预示者内流只发生在太阳上固定的区域内,太阳大约要花上两周时间让左侧旋转至右侧,而且也向我们预示内流区域是如何与磁场联系在一起的。 太阳表面的磁场呈现环状,磁场线从一个地方穿出,又从其他地方重新进入太阳。太阳风把磁圈带入宇宙空间,形成一个明暗分明的盔状物,那儿磁力线以完全不同的方向排布。在太阳风被加速到全速之前,相反的磁力线会在盔状物边缘短接,形成新的磁场环。这些磁场环会夹带着气体掉入向太阳,形成被我们观测到的内流气体。 “我们观测到了一些我们意料之外的事,”Sheeley说,“通常,当这种情况发生时,我们会立刻怀疑我们的观测,例如,我们是否放倒了的影片。但是,当我们确认观测结果属实时,我们被迫改变了我们的思维方式。这些改变我们观念的发现将帮助我们取得新的认识。” 在这次的发现中,我们对太阳磁场有了新的认识。如果Neil Sheeley和王益明的理论——内流气体预示着坍缩的磁场环,并且它们以与太阳风相反的方向将物质推入太阳,是正确的,它就向我们展示了太阳是如何在其大气中循环利用磁场的。这些循环的过程影响行星际空间的磁场强度。 因此SOHO所发现的内流气体为影响地球及太阳系的磁场提供了意料之外的线索。磁场中除了有会造成电力系统毁坏的磁暴之外,还有能遮蔽宇宙线的行星际磁场。来自银河的高能粒子会造成生物变异和计算机故障,而且一些科学家认为它们对地球的形成也起了作用。 抵达地球的宇宙线的涨落并不与太阳黑子活动的涨落完全同步。100年前太阳黑子的活动周期比较长,由此星际磁场相对较弱,而宇宙线的强度比现在要强。太阳旁内流气体的发现将有助进一步解释这些变化,并且最终可以预言宇宙线的强度。 SOHO是ESA和NASA的国际合作项目。探测器在欧洲制造,使用了美国和欧洲的仪器设备。1995年NASA发射了SOHO,1998年ESA和NASA决定将这项极为成功的合作项目延续到2003。

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