微型“营火”或助力破解日冕加热之谜

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翻译：杨欣冉

校对：王靓 游小波

编排：邱煜欣

后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳

原文链接：https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Solar_Orbiter/Campfires_offer_clue_to_solar_heating_mystery

环日轨道器将从水星轨道内部以最接近的方式对准太阳

Credit：ESA/ATG medialab

计算机模拟显示，去年欧洲航天局（ESA）的环日轨道器发现的微型太阳耀斑“营火”很可能是由一个过程引发的，该过程可能对太阳外层大气或日冕加热做出了重要贡献。如果进一步的观测结果可以得到证实，这将为日冕加热的谜团增加一个关键部分，而日冕加热是太阳物理学中最大的谜团之一。

“营火”磁场|陈亚杰 等 (2021)

神秘的日冕加热

太阳具有一个神秘的特征：稀薄的外部大气层包含着高达100万度的气体，而太阳表面的温度仅有5500°C。常识告诉我们，如果一个物体的中心非常热且充满了能量，其表面会相对凉爽，那么距离它越远温度就越低。可关于太阳日冕以及许多其他恒星的奇特之处在于，气体远离太阳表面时，反而变得更热了。在过去的几十年中，“日冕加热”难题困扰着太阳物理界，人们提出了许多关于太阳磁场的观点，但是能量是如何产生、传输和消散的一直是很多争论的焦点。

太阳剖面图 | 牧夫天文汉化

Credit：ESA–S.Poletti

环日轨道器的主要目标之一就是更深入地探究这个奥秘。

放大太阳”营火”|Solar Orbiter / EUI Team / ESA & NASA

去年发射仅几个月后，环日轨道器的极紫外成像仪（EUI）的“开光”图像就提供出了惊人的细节，自那时以来，它已经发现了1500多个被我们称为“营火”的闪烁小亮点。这些短暂的“营火”持续时长为10秒到200秒不等，覆盖范围在400到4000公里之间。之前被我们忽略的最微小和最微弱的细节是最多的，而且它们隐藏着巨大的信息量，并同时展示出这片区域前所未见的精细结构，该区域因此被怀疑与加热之谜有关。

“营火”模型

来自北京大学的博士生陈亚杰与德国马克斯-普朗克太阳系统研究所的哈迪·彼得（Hardi Peter）教授及其同事共同合作，使用计算机模型深入研究了“营火”的物理原理，并获得了令人兴奋的初步结果。

“营火”的磁场建模（前后）

Credit：陈亚杰 等 (2021)

“我们的模型可以计算出太阳发出的辐射或能量，就像您期望用真正的仪器来测量一样。”哈迪解释说，“模型的亮度就像 '营火' 一样。此外，它还描绘出了磁场线，使我们能够观察到增亮事件及其周围的磁场随时间的变化，这告诉我们分量磁重联的过程似乎正在起作用。”

磁重联是发生在电离气体（等离子体）中的一种物理过程，相反方向的磁力线相互靠近后“断开”再重新“连接”，同时释放能量。经典的重联情况发生在相反方向的磁力线之间，而分量磁重联是指发生重新“连接”的两组磁力线并非具有完全相反的方向，它们之间几乎相互平行，有一个很小的角度。

陈亚杰说：“我们的模型表明，通过重联增亮释放出的能量足以维持根据观测所预测的日冕温度。”

太阳”营火”的演变|陈亚杰 等 (2021)

“在我们的一个案例研究中，我们发现解开磁流绳（绕公共轴缠绕的螺旋磁场线）会引发加热，” 哈迪补充说，“发现这些变化真令人兴奋，我们期待看到我们的模型能带来进一步的见解，以帮助我们改善关于加热过程的理论。”

研究小组强调，现在高兴还为时过早。他们使用该模型查看了模拟中生成的七个最亮事件，这很可能与极紫外成像仪（EUI）观察到的最大”营火”相对应。这项研究的关键是推进极紫外成像仪（EUI）与航天器的极化和日震成像仪（PHI）和日冕环境的光谱成像（SPICE）光谱仪之间联合观测，并配合在11月开始的太阳轨道探测器的全面科学任务。PHI 将揭示太阳表面的磁场及其变化情况，SPICE 将测量日冕的温度和密度。

团队合作

通过与环绕地球轨道运行的NASA太阳动力学观测台合作，可以对“营火”在太阳大气层中的高度进行三角测量，从而进一步了解“营火”。

“令我们惊讶的是，‘营火’在太阳大气中的位置非常低，离太阳表面光球层仅有几千公里。” 极紫外成像仪（EUI）的首席研究员戴维·伯格曼斯（David Berghmans）说， “现在还处于早期研究阶段，我们仍在对“营火”的特性进行进一步的探索。例如，尽管“营火”看起来像小小的日冕环，但它们的平均长度略短于高度，这表明我们只观测到这些小环的一部分。但是我们的初步分析发现，“营火”在其生命周期内并没有真正改变其高度，这点可不像喷气式飞机。

了解“营火”的特征以及它们在其他已知的太阳现象中的位置，将使科学家能够更深入地了解太阳日冕加热问题。

“营火”知多少？ | 牧夫天文汉化

来源 : Solar Orbiter / EUI Team / ESA&NASA

数据 : Berghmans 等 (2021) 、 陈亚杰等 (2021)

“拥有这样的预测数据真不可思议，甚至可以在环日轨道器尚未开始其科学研究阶段之前，我们就已经洞悉太阳物理学的最大谜团之一了。” 欧洲航天局（ESA）的环日轨道器项目科学家丹尼尔·穆勒（DanielMüller）说，“幸运的是，我们的研究建立在过去几十年中已经提出的理论和模型基础上。我们期待看到现在的研究数据所缺少的细节，环日轨道器以及我们的研究数据将为解决这一令人兴奋的领域中的开放性问题做出贡献。”

环日轨道器目前正处于“巡航阶段”，主要侧重于仪器校准，并将于今年11月开始协调利用其十个遥感套件与现场仪器进行观测。

责任编辑：邱煜欣

牧夫新媒体编辑部

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闭合的磁力线回到太阳，断开的磁力线伸向太空

Credits: NASA 戈达德航天中心 / Lisa Poje / Genna Duberstein

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