通过研究声波 科学家们得以更精确地探索太阳的内部结构

科学家们开发出一种开创性的方法，利用日光地震学测量极端条件下的太阳辐射不透明度。 这一创新方法发表在《自然通讯》上，它不仅凸显了我们对原子物理学理解的差距，还证实了最近的实验发现。 这些进展为天体物理学和核物理学带来了令人兴奋的新可能性。

SOHO 的 EIT（极紫外成像望远镜）以多种波长对太阳大气进行成像，因此可以显示不同温度下的太阳物质。 在 304 埃的图像中，明亮物质的温度在 6 万到 8 万 K 之间。 在 171 埃拍摄的图像中，亮度为 100 万开尔文。 195 埃的图像对应大约 150 万开尔文。 温度越高，在太阳大气中的位置就越高。 资料来源：SOHO仪器联盟

通过声波探测太阳内部

日震学是对太阳声波振荡的研究，它使科学家能够非常精确地探索恒星的内部结构。 通过分析这些声波，研究人员可以确定太阳等离子体的关键属性，包括其密度、温度和化学成分。 这些洞察力对于了解太阳如何运作和随时间演变至关重要。 这种方法基本上把太阳变成了一个天然的天体物理实验室，为完善恒星模型和加深我们对整个宇宙恒星形成和演化的了解提供了重要数据。

太阳解剖图。 图片来源：欧空局

对太阳辐射不透明性的新认识

在最近由列日大学的Gaël Buldgen领导的一项国际研究中，科学家们应用日震技术独立测量了太阳深层等离子体是如何吸收高能辐射的。 这项开创性的研究为了解太阳辐射不透明度提供了新的视角，这是了解物质和辐射如何在太阳内核极端条件下相互作用的关键因素。

研究结果与桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）等著名机构的观测结果以及利弗莫尔国家实验室（Livermore National Laboratory）正在进行的研究相吻合，同时也凸显了我们对原子物理学理解的差距。 值得注意的是，这项研究揭示了洛斯阿拉莫斯国家实验室、俄亥俄州立大学和法国巴黎萨克雷 CEA 研究中心的研究团队在理论预测上的差异，强调了进一步研究的必要性。

欧空局的"柏拉图"（Plato）任务，即"恒星的行星凌日和振荡"（PLAnetary Transits and Oscillations of stars），将利用其26台照相机对位于类太阳恒星宜居带以内轨道上的系外行星进行研究。 该任务将发现系外行星的大小，并发现它们周围的外气云和星环。 柏拉图号还将通过研究其接收到的星光中的微小光变来确定其宿主恒星的特征。 图片来源：欧空局

前所未有的恒星建模精度

科研团队利用ULiège大学在日震学和恒星建模方面的专业知识，使用了该校开发的先进数值工具。Gaël Buldgen 解释说："通过以无与伦比的精度探测太阳声波，我们可以重建恒星的内部特性，就像我们从乐器发出的声音推断出乐器的特性一样。"

日震测量的精确度非同一般：它们让我们能够估算出太阳内部一立方厘米物质的质量，精确度超过了高精度厨房秤，而无需看到或接触物质。 太阳活动学发展于二十世纪末，在推进基础物理学方面发挥了重要作用。 特别是，它为中微子振荡等重大发现做出了贡献，这些发现获得了2015年诺贝尔奖的认可。 这些进展表明，这一现象的起源不能归咎于太阳模型。 不过，随着 2009 年太阳化学成分的修订（2021 年得到确认），仍需要做出调整。 这次修订给太阳模型带来了危机，因为太阳模型不再与日震观测结果一致。

为了应对这一挑战，列日大学开发了先进的工具，最初是作为博士工作的一部分，后来通过在伯明翰和日内瓦的国际合作得到了丰富。 这些工具使我们有可能重新审视太阳的内部热力学条件，并重新探讨科学界曾一度忽视的问题。 与此同时，桑迪亚国家实验室的詹姆斯-贝利（James Bailey）在2015年开展的工作凸显了辐射不透明度的关键作用。 最初的实验测量结果显示与理论预测存在显著差异，因此受到了一些质疑。

Z 机器是世界上最大的 X 射线发生器，位于新墨西哥州阿尔伯克基市。 作为 20 世纪 60 年代开始在桑迪亚国家实验室实施的脉冲功率计划的一部分，Z 机器集中电能并将其转化为巨大能量的短脉冲，然后用于产生 X 射线和伽马射线。 资料来源：兰迪-蒙托亚/桑迪亚国家实验室

指导未来的实验和研究

今天的日震测量提供了宝贵的证实，并使我们有可能明确这些实验应集中在哪些温度、密度和能量区，以便更好地再现太阳条件。 此外，Z 机器实验虽然极具价值，但其能源和财政成本却令人望而却步。 另一方面，日震测量提供了一种经济的补充选择，同时还能引导实验人员找到实验室测量的最佳窗口。

这项研究的意义远远超出了恒星建模。 它提高了用于估算恒星和系外行星年龄和质量的理论模型的准确性，从而有助于我们对银河系演化和恒星群的理解。

"太阳是我们恒星演化的重要校准器，是我们发现我们是否走在正确轨道上的首选实验室。 在我们准备于2026年发射PLATO卫星时，这些结果就显得更加重要了，该卫星的目标之一就是准确描述太阳型恒星的特征，以找到适合居住的陆地行星。 更重要的是，这些结果会引起核聚变方面的共鸣，因为太阳仍然是太阳系中唯一稳定的核聚变反应堆。" Gaël Buldgen 补充说："增进我们对太阳内部条件的了解直接影响到核聚变能源研究，这是开发清洁能源解决方案的一个关键问题。"

这些结果突显了改进现有原子模型的必要性，以解决实验观测和理论计算之间的差异。 这些进展将重新定义我们对恒星演化以及支配恒星结构和演化的物理过程的理解。 这项研究证实了列日大学在天体物理科学前沿的地位，证明了日辐射能学在揭开宇宙奥秘方面的关键作用。

编译自/ScitechDaily