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《自然—天文学》:南京大学研究揭示太阳日珥精细结构及动力学机制

宇宙奥秘 2020-06-10 11:02161未知admin
日冕是太阳的最外层大气,悬浮其中的冷物质团被称为日珥,如左图。当日珥从太阳侧边转到日面时,因呈现出黑色条状结构而被称为暗条,如右图。左图为研究者供图,右图由中科


日冕是太阳的最外层大气,悬浮其中的冷物质团被称为日珥,如左图。当日珥从太阳侧边转到日面时,因呈现出黑色条状结构而被称为暗条,如右图。左图为研究者供图,右图由中科院云南天文台拍摄


(猎奇资讯网www.lieqiwo.com报道)据中国科学报(任芳言):如果用口径足够大的望远镜看太阳,会发现什么?当分辨率达百公里以下,人们可观测到悬浮于日冕中的冷物质团——日珥。日珥有着极精细的结构,由很多看起来像蛋花的细丝构成。


而且,这些“蛋花”每时每刻都在运动,如果将其分成A和B两部分,这一时段A向左、B向右,下一时段则A向右、B向左。


这些精细结构从何而来?什么因素决定了日珥细丝的运动方向?借助数值模拟,南京大学的研究人员发现,这些现象与太阳表面的湍流运动及磁场密切相关,有关成果日前发表于《自然—天文学》。


“日珥的形成与太阳的色球层加热有关,日珥的爆发与太阳耀斑和日冕物质抛射也有关联,这些都是太阳物理学研究中的热门话题。”论文通讯作者、南京大学天文与空间科学学院教授陈鹏飞表示。


日珥细丝结构为何产生


从内到外,太阳表面外的大气可分为光球层、色球层和日冕三部分。日冕温度高达百万摄氏度,其中经常悬浮着只有几千摄氏度的冷物质团。当这些冷物质团位于太阳侧边时,因形似耳环而被命名为日珥。


当日珥移动到太阳表面时,人们观测到它的样子呈暗黑色长条状,日珥因此也被称为暗条,这也是研究人员最常遇到的日珥观测形态。


“日珥是太阳物理学领域的热门研究对象,人类历史上对日珥的观测可追溯到12世纪。然而,是什么导致了日珥的细丝结构?什么原因让细丝时刻处在运动中?这些问题一直没有得到很好的解决。”论文第一作者、比利时鲁汶大学博士后周雨昊告诉《中国科学报》。


为了探寻日珥结构及其运动之谜,陈鹏飞等人提出设想:日珥的细丝结构是否与太阳表面的湍流运动有关?


湍流运动会导致太阳表面的物质被随机加热,使得表面物质不均匀蒸发,进而导致细丝结构的产生。


也正是由于蒸发过程的随机性,细丝总处于扰动之中,从而呈现忽左忽右的运动方向。


为了验证这一设想,研究团队需要模拟日珥细丝结构的形成和动态变化过程。


用计算机语言表达不均匀性


日珥具有复杂的三维结构,体量庞大,其宽度为地球的数倍,长度可达地球的几十倍。而要模拟日珥的形成及其内部的精细结构,高空间分辨率是硬性要求。


受计算能力限制,若对日珥进行三维模拟,无法保证空间分辨率,这也是验证设想的难点所在。


在南京大学高性能计算中心,陈鹏飞等人另辟蹊径。


凭借先前的研究积累,他们将模拟单个暗条细丝形成过程的一维磁流管模型扩展成二维磁流片。


“一维是一条细丝,二维就是一排细丝,这样才能再现观测时看到的相互独立的细丝结构。”周雨昊表示。


利用此二维模型,在磁流片的足点引入湍动加热,然后计算整个系统发生的变化。将模型生成的辐射图与实际观测到的辐射图进行对比后,研究人员发现模拟结果与观测结果非常一致:单个日珥细丝的长度可达3万公里,平均宽度为100公里,交替方向运动速度约为12公里每秒。


另外,陈鹏飞等人还发现,日珥细丝的走向与日冕中的磁力线基本一致。因此,可根据日珥细丝的走向判断日冕中难以测量的磁场方向。


他们还在研究中预测,日珥细丝间的高温物质也时刻存在交替方向的流动,速度可达100公里每秒。


相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41550-020-1094-3

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