@ 2018.07.23 , 12:00

新技术拍下日冕的图像带来了理论突破

新技术拍下日冕的图像带来了理论突破
DeForest 等/天体物理学杂志The Astrophysical Journal

利用超长时间曝光和其它复杂的处理技术,科学家们拍摄到了太阳外层大气的高保真图像——那里我们称之为日冕——并发现了以前从未被观测到过的精妙细节。

恒星是一个复杂的对象,随着帕克太阳探测器进入状态,我们即将了解它更多的信息。但是,如西南研究所(SwRI)的科学家刚刚证明的那样,在地球上的我们也可以做出很多事情。

该团队使用NASA发射的太阳和陆地关系观测卫星—A(STEREO-A)上COR-2日冕仪来研究太阳外层大气活动的细节。

该仪器使用所谓的遮挡光盘来拍摄恒星大气的图像——放置在镜头前方的光盘阻挡了太阳光,因此光线不会淹没等离子体中的细微细节。

日冕的温度非常高,比太阳表面5800开尔文的温度还要热得多,介于100万至300万开尔文之间。它也是太阳风的来源:从太阳向四面八方喷涌出的恒定带电粒子流。

当在地球附近对太阳风进行测量时,我们地球的磁场与之交织在一起发生复杂的作用,而且我们也无法提前预知太阳风的发生。

“在太空深处,太阳风是湍流形态和间歇式迸发的。”SwRI的恒星物理学家Craig DeForest说。

“但是它是怎么做到的?它一开始离开太阳时还很顺滑,在穿越空间时开始变得汹涌?又或者太阳本身就是迸发式的喷出一股股高能粒子?”

如果湍流就发生在太阳处,那么我们应该能够看到日冕中的复杂结构,但先前的观测结果并没有显示出这样的结构。

相反,以前的恒星成像技术都显示,日冕是光滑的层状结构。现在,事实表面并非如此。它就在那里,但我们因为分辨率不足而看不到它们。

“使用新技术提高了图像的保真度,我们意识到日冕并不光滑,反而结构复杂,充满变化,”DeForest解释说。“我们认为每一种结构都是由更小的结构组合而成,日冕远比我们想象的更具活力。”

为了获得高清图像,研究小组开展了一项为期三天的特别计划,其中比平时更频繁地使用仪器,曝光时间也更长,从而可以通过日冕仪检测到更多来自微弱光源的光线。但这只是整个项目的一部分。

尽管遮光盘在滤除太阳的强光方面做得很好,但是周围空间和仪器本身仍然存在着大量的噪音干扰。

显然,由于STEREO-A被布置在太空轨道中,更换硬件这一选项先被排除,因此DeForest和他的团队开发出了一种识别和消除噪声的技术,大大提高了数据的信噪比。

新技术拍下日冕的图像带来了理论突破
NASA/SwRI/STEREO

他们开发了新的滤波算法,将日冕信号与噪声分离,并调整亮度。同时,或许是更具挑战性的工作,他们还修正了由太阳风运动导致的模糊效果。

研究小组取得了一些突破性的发现。他们发现冠状流线——可以喷发日冕物质的磁环,将等离子体和粒子射入太空——其结构比之前想象的要复杂得多。

“没有单一的磁力流线。”DeForest说。 “流线本身由无数细股组成,搅匀在一起产生更明亮的特征。”

他们还发现并没有Alfvén表面这样的东西——一个理论上的片状边界,太阳风穿越它达到临界速度,然后从太阳身边逃离,进入深空。

相反,DeForest说,“有一个宽泛的'无人区'或'Alfvén区',太阳风逐渐与太阳分离,而没有一个明确的边界。”

但这项研究也发现了新的谜团。在大约10个太阳半径的距离处,太阳风的特征突然发生了变化。但当它离开此处前进到更远的距离后,就又恢复到正常的状态,这表明在10太阳半径处发生了一些有趣的物理过程。

弄清楚其中的奥秘,可能需要帕克的帮助,这也是后续研究的关键。在8月份,帕克将进入日冕中

同时,该团队的研究论文已发表在《天体物理学》上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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