微小耀斑烤热太阳大气层

　　欧洲太阳轨道器在紫外线下拍摄到的太阳图像，揭示了太阳表面和大气中最热的部分。图片来源：ESANASA
　　一项新太空任务正在帮助科学家解开一个关于太阳的谜团：为什么太阳稀薄的大气层比太阳表面温度高出近200倍。在4月27日举行的欧洲地球科学联盟（EGU）会议上，对由欧洲主导的太阳轨道飞行器所做的观察进行的分析显示，太阳表面上被称为篝火的微小耀斑，可能足以将其大气加热到惊人的高温。此次会议上的其他研究也支持科学家的这种假设，即主要是小型耀斑，而非大型耀斑造成了高温。
　　太阳的热量来自其核心的核聚变，越往外温度越低。然而，20世纪30年代，科学家发现，太阳的大气或日冕温度却高达100万摄氏度，远高于太阳表面的5500摄氏度。从那时起，他们便对此感到困惑。英国伦敦大学学院的SarahMatthews说：这仍然是太阳物理学中尚未解决的主要问题之一。
　　其中一个主要猜想与太阳的湍流磁场有关。日冕由等离子体组成，后者是一种非常热的气体，足以使原子分崩离析，并在磁场的作用下产生由离子和电子构成的漩涡。
　　太阳望远镜可以看到日冕中活跃的区域，那里的磁场在太阳表面循环，并将超热的等离子体引导到大气中，然后又以地球上可见的弧形方式往回移动。偶尔，日冕活跃区域会产生耀斑、辐射和高能粒子，这些粒子有时会到达地球。研究人员认为，这些耀斑可能是在扭曲、充满应力的磁环折断并以较低应力的结构与其他磁环连接时爆发的，这个过程被称为磁重联，能够释放出大量能量。
　　但研究人员在20世纪60年代意识到，磁环和耀斑并没有提供足够的热量以保持日冕持续燃烧。因此，他们提出日冕中散布着大小各异的环状物和耀斑，这些耀斑大多小得看不见，它们以积水成渊之势贡献了流失的热量。美国宇航局（NASA）戈达德太空飞行中心的JamesKlimchuk说，经过这些年的积累，研究人员已经开发出一些巧妙的方法，通过集体效应来研究最微小的耀斑。但到目前为止，太阳望远镜只能看到最大的耀斑。
　　太阳轨道飞行器于1年前发射，载有6个望远镜和4个环境传感器。2020年5月，在仪器测试阶段，飞行器在太阳和地球之间摇摆。比利时皇家天文台的太阳物理学家、极端紫外成像仪（EUI）的主要研究员DavidBerghmans说，他们曾希望在7700万公里之外，利用探测器的极端紫外线成象仪观测到一些太阳小耀斑。但我们没想到它们会如此显眼。他说，在太阳表面安静的地方，它就像北极的一棵棕榈树。
　　今年2月，当太阳轨道飞行器再次接近太阳时，研究人员对篝火进行了第二次近距离观察，该团队仍在分析这些数据。到今年12月测试结束时，研究人员将能够通过多个仪器同时研究太阳释放的能量。真正的工作是计算出数据。欧空局首席研究员DanielMller说，‘篝火’是否足以为安静的太阳供给能量？有迹象表明它们可以。
　　一些理论也预测了其中的迹象。中国北京大学的陈亚杰和德国马克斯普朗克学会太阳系研究所的HardiPeter领导的研究团队，利用现有的太阳湍流表面模型，计算了日冕在类似2020年5月太阳卫星观测到的情况下的行为。他们在EGU会议上报告说，该模型产生的亮度在规模和持续时间上与较大的篝火非常相似。我们检查的所有内容都吻合。Peter说，该模型还表明，这种亮度是磁场重连的结果，产生了上百万度的温度，并对日冕加热有显著贡献。
　　其他工具也在帮助解决这个问题。印度塔塔基础研究所的研究人员利用默奇森宽菲尔德阵列寻找太阳安静区域存在小耀斑的证据。他们在此次会议上说，在对太阳进行的70分钟观测期间，研究小组看到了许多明亮的闪光，每个闪光持续一秒或更短。它从数据中跳跃出来。SurajitMondal说，该团队记录了大约20000次闪光。不过，Mondal承认，仅从无线电信号估计耀斑的能量是困难的，但如果有这么多耀斑，它可以持续给日冕加热。
　　日冕加热的秘密还没有揭开除了小耀斑之外，可能还有其他过程增加了热量，但随着太阳轨道飞行器和2018年NASA发射的帕克太阳探测器开始工作，加上目前正在服役的夏威夷丹尼尔井上太阳望远镜，在接下来的几年里，太阳物理学家将有最好的机会破解这个问题。
　　‘篝火’是一个诱人的前景。Matthews说，但科学家需要更多的数据，以确定它们有多少，会产生多少热量。Peter期待2022年的到来，届时太阳轨道飞行器的所有仪器将开始协同工作，并与地球或地球附近的望远镜进行联合观测。那将会是令人兴奋的一年。