一种隐藏在太阳日冕中的波，终于被找到了！

阿尔文波假说

日冕是太阳大气的最外层，其温度可高达上百万摄氏度，会释放出强烈的X射线和极紫外辐射，深刻影响着行星大气的动力学与演化。与此同时，日冕中被加热的等离子体会被加速向外喷发，形成太阳风。

一直以来，天文学家还没有搞清楚：为什么日冕的温度如此之高？又是什么力量在驱动太阳风席卷整个太阳系？

一种极具潜力的解释是阿尔文波（Alfvén wave），这是一类磁场的不可压缩扰动，能够将太阳光球层的对流运动能量向外传递到整个日球层。理论认为，在由不均匀磁通管组成的等离子体中，唯一纯粹的阿尔文波就是扭转型阿尔文波。

过去，大尺度的阿尔文波曾零星被观测到，但日冕中普遍存在的小尺度扭转阿尔文波一直未被证实。

然而就在最近，一项发表在《自然·天文》的研究中，天文学家首次直接观测到了日冕中存在小尺度扭转阿尔文波。研究结果表明，这些波可能携带着驱动宁静太阳和太阳风所需能量的相当一部分，这或许是破解日冕高温与太阳风加速之谜的重要线索。

已知的扭折波

在太阳日冕中，有一种叫“扭折波”（kink waves）的波非常普遍。它会让整个磁力结构左右摇摆，能直接出现在太阳观测影像中。

不过，扭折波是否能为日冕提供足够的能量，目前还没有定论。有的研究认为，它们携带的能量足以驱动宁静日冕和快速太阳风；但也有研究指出，它的能量可能只有前者的一半甚至更少。

相比之下，真正能够高效传输能量的阿尔文波更受关注。但在日冕中寻找它们却非常困难。过去，多次声称“发现阿尔文波”的观测后来被推翻——被证实那些其实是扭折波。

至于相对可靠的阿尔文波证据，目前也只是零星地出现过，而且只在例如爆发性瞬态事件（如太阳耀斑）中被观察到。

直接探测扭转阿尔文波

在新的研究中，研究人员利用丹尼尔·井上建太阳望远镜（DKIST）进行了前所未有的观测。

DKIST拥有4米超大口径主镜，能提供目前世界上最清晰的太阳观测能力。它所配备的低温近红外分光偏振计（Cryo-NIRSP），是目前同类中最先进的日冕观测仪器，能够观测到日冕中极其精细的细节，并对等离子体运动变化具有极高的敏感度。

更难得的是，这次的数据并不是在它完全投入运行后获得的：在DKIST仍处于测试阶段时，研究人员便争取到了宝贵观测时间，利用Cryo-NIRSP追踪了日冕中被加热至160万摄氏度的铁的运动。

尤为重要的是，研究人员还开发的一整套全新的、用来从数据中区分不同类型的波动的分析技术。研究人员解释道，日冕中等离子体的运动主要表现为摇摆运动，这些运动会掩盖扭转运动。因此他们必须开发一种方法来去除摇摆影响，从而找出扭转信号。

图示中内嵌的小图展示了DKIST首次揭示的扭转磁波。这些向上传播的扭转阿尔文波与其他波共存，可能是解开日冕为何如此炽热的关键机制之一。（图/NSF/NSO/AURA/J. Williams）

最终，这项研究终结了对日冕中阿尔文波的漫长寻找：研究人员证实了日冕中普遍存在小尺度的扭转运动，并且它们与此前已知的扭折波一起同时出现。

新发现的扭转阿尔文波会引发磁场的扭转运动，而这种运动只能通过光谱分析来探测——即测量等离子体向地球靠近或远离时产生的多普勒效应，从而在磁结构的两侧分别呈现出特征性的蓝移和红移。

验证太阳的能量传输机制

理解太阳的这些基本物理过程，对空间天气预报具有现实的重要性。太阳风可能破坏地球上的卫星通信、GPS系统和电网。

此外，这项研究为一系列描述阿尔文波湍流如何为太阳大气供能的理论模型提供了关键验证。有了直接观测，科学家就能够将这些模型与真实情况逐一对照。研究团队预计，这一发现将推动进一步探索这些波如何在日冕中传播与耗散能量。

#参考来源：

https://www.nature.com/articles/s41550-025-02690-9

https://www.northumbria.ac.uk/about-us/news-events/news/alfven-waves/

https://nso.edu/blog/the-suns-atmosphere-pulses-with-hidden-twisting-waves/

#图片来源：

封面图&首图：NSF/NSO/AURA/J. Williams