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太阳打嗝:喷出神秘高温“团块”大小超地球500倍

2019-4-12 9:11:00来源:新浪科技作者:晨风责编:阿迷评论:

太阳的日冕层每时每刻都在不断向外发射稀薄的高温带电粒子流,我们将这种现象称为“太阳风”。它就像太阳在呼吸,但时不时的,太阳会“打嗝”。

根据今年2月期出版的学术期刊《地球物理学研究:空间物理》(JGR:Space Physics)上发表的一项研究:大约每隔1~2小时,日冕发出的太阳风内部结构中就会出现一些温度更高,密度更大的部分,它们从太阳表面高速喷射而出,其大小足以将整个地球包裹在内,仿佛太阳在“打嗝”。在正式研究中,科学家们将这种太阳的“饱嗝”称作“周期性密度结构”(periodic density structures),但天文学家们更喜欢叫它“团块”(the blobs)。只要看看它的照片,你就知道为什么这样叫了。

▲当太阳表面的磁感线相互缠绕,扭曲,并最终暴裂,将会有大量带电粒子被释放出去,形成太阳风

美国宇航局戈达德空间飞行中心的天体物理学家,这项研究的合作科学家尼古里恩·瓦尔(Nicholeen Viall)表示:“它们看起来就像熔岩灯里面的小团块,唯一的不同是这些小团块比地球还要大。”

科学界了解到这些“小团块”结构的存在迄今已经超过20年,但它们的起源是什么?会产生何种影响?科学家们目前都不甚清楚。迄今为止,对这些内部细微结构的观测基本都是通过围绕地球运行的探测器获得的,这些探测器可以探测到这些从太阳出发的“小团块”何时冲击地球磁场;但我们不知道在从太阳出发之后到抵达地球之间的4天时间,1.5亿公里过程中,这些“小团块”结构经历了什么样的变化。

但现在,这样的状况首次发生了改变。瓦尔和她的同事们实现了对这些“小团块”的全程观测,从它们刚从太阳出发就追踪到它们的踪迹。怎么做到的?答案就在尘封了40多年的数据之中!

▲在5个半小时的时间跨度内,观察到的太阳风中存在的“小团块”结构(黄色,箭头所指处)的运动和变化过程

这些早期观测数据确认了一个事实,那就是这些“小团块”在刚刚离开太阳表面时温度极高,一般要比太阳风的平均温度高出两倍左右,基本上每隔90分钟左右从日冕中出现一个这样的“小团块”。瓦尔表示:“即便是一个空间天气相当宁静的日子,这样的‘小团块’也依旧稳定的出现,这是太阳的基本活动。而它也会对地球产生影响。”

吞噬地球的“小团块”

这些“小团块”结构最早在2000年代初开始被仔细研究,那时候科学家们就已经很清楚它们非常巨大,最初测量显示这些“团块”的直径可以达到地球直径的50~500倍,而随着离开太阳表面越来越远,它们的体积还会迅速变的更加巨大。除此之外,科学家们还知道,这些“团块”的密度更大,其单位体积内含有的带电粒子数量要比普通的太阳风区域高出两倍左右。

磁场数据显示当这些巨型“团块”掠过地球时,地球的磁场会被压缩,相关通讯信号会受到持续数分钟甚至数小时的干扰。但这些测量结果也带来了一些遗留问题,因为这些“小团块”在从太阳出发抵达地球的这4天时间里必然发生了变化,温度也肯定出现了下降。因此,瓦尔和同事们希望能够了解它们刚离开太阳表面时的状况。

在这项最新研究中,科学家们对历史上的“太阳神1号”(Helios 1)和“太阳神2号”(Helios 2)的数据重新进行检查,这两颗探测器是美国宇航局和德国空间局合作,在上世纪1974年和1976年分别发射升空的。这两颗探测器围绕太阳运行了将近10年时间,最近时距离太阳表面仅有大约4300万公里,比水星围绕太阳公转的轨道还要近。它们在这样的距离上开展了对太阳风温度和磁场性质的观测和研究。

那么,假设有任何一艘飞船曾经遭遇过这样的一个“小团块”的“撞击”,那么,在它们留存下来的历史数据中就应该会留下痕迹。尤其,研究团队知道,她们只需要抓住一个显著的特征,那就是突然的温度和密度升高,中间被温度较低,密度稍低的等离子体物质分隔。结果,她们果然在这些40多年前的历史数据中找到了5次这样的情况!

这些数据显示这些“小团块”大约每隔90分钟左右从太阳表面产生,这与数十年后从地球上进行的观测结果相吻合。这项成果也首次提供了第一手的空间观测数据,证明这些神秘结构的确是比普通的太阳风温度更高,密度也更大。

剩余的问题

至于这些“团块”结构究竟从一开始是如何形成的?相关争论还在继续。但基于地球轨道附近记录下的磁场数据暗示,这些“小团块”的产生机制应该与产生太阳风的机制是相同的,也就是当太阳表面的磁感线相互缠绕,扭曲并最终突然暴裂时释放巨量高温等离子体物质的过程。

瓦尔表示:“我们认为在一个小得多的尺度上,存在着某种类似的机制,它产生了这些神秘的团块结构。如果说太阳风是大爆炸,那么这些小团块就是小爆炸。”

2018年8月份升空的美国宇航局“帕克”太阳探测器目前距离太阳大约2400万公里,很快,它传回的数据就将帮助科学家们确认这些理论准确与否。相比40年前的“太阳神”探测器,今天的“帕克”探测器的优势不仅仅在于过去的这40多年间人类社会的工程技术已经发生了突飞猛进的进步,同时它离太阳也要比前者近得多,其最近时距离太阳将仅有640万公里!在这样的距离上,“帕克”探测器几乎将可以直接在眼皮子底下目睹一切的发生!

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关键词:太阳黑子地球太阳风

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