有趣的科普知識：太陽的大氣層比太陽本身還熱

可見的太陽表面，或者說光球?qū)樱瑴囟却蠹s是6000°C。但是在它上方幾千公里的地方——太陽大氣，也被稱為日冕，要熱上百倍，達(dá)到一百萬攝氏度或更高。

為什么太陽的大氣層比其表面熱幾百倍？這一個天體物理學(xué)家已經(jīng)思考了80年的基本謎題，近日終于被破解和證實。

最近的研究驗證了Alfvén 80年前的理論，并讓我們離利用地球上的這種高能現(xiàn)象更近了一步。

日冕加熱問題自20世紀(jì)30年代末以來就已經(jīng)確立，當(dāng)時瑞典光譜學(xué)家Bengt Edlén和德國天體物理學(xué)家Walter Grotrian首次觀察到日冕現(xiàn)象，這種現(xiàn)象只有在溫度達(dá)到幾百萬攝氏度時才可能存在。Edlén和格羅特里安發(fā)現(xiàn)太陽日冕比光層熱得多——盡管它離太陽的核心更遠(yuǎn)。

科學(xué)家們通過觀察太陽的特性來解釋這種差異。太陽幾乎完全由等離子體組成，等離子體是高度電離的氣體，攜帶電荷。這種等離子體在對流區(qū)——太陽內(nèi)部的上部——的運動產(chǎn)生了巨大的電流和強大的磁場。

這些磁場通過對流從太陽內(nèi)部拉起，以太陽黑子的形式出現(xiàn)在太陽的可見表面。太陽黑子是一組磁場，可以在太陽大氣中形成各種各樣的磁性結(jié)構(gòu)。

這就是Alfvén的理論的來源。他推斷，在太陽的磁化等離子體中，任何帶電粒子的整體運動都會擾亂磁場，產(chǎn)生的波可以攜帶大量的能量沿著遙遠(yuǎn)的距離——從太陽表面到其上層大氣。熱量沿著所謂的太陽磁通量管傳播，然后進入日冕，產(chǎn)生高溫。

這些磁等離子體波現(xiàn)在被稱為Alfvén波，它們在解釋日冕加熱方面的作用使Alfvén獲得了1970年的諾貝爾物理學(xué)獎。

但是在實際觀測這些波的問題上仍然存在。在太陽表面和它的大氣中發(fā)生著如此多的事情——從比地球大很多倍的現(xiàn)象到低于我們儀器分辨率的小變化——因此在光層中Alfvén波的直接觀測證據(jù)以前是沒有實現(xiàn)過的。

如今，天文科學(xué)儀器的進步為我們研究太陽物理打開了一扇新的窗口。其中一種儀器是用于成像光譜學(xué)的干涉二維偏振光譜儀(IBIS)，安裝在美國新墨西哥州的鄧恩太陽望遠(yuǎn)鏡上。這臺儀器使我們能夠?qū)μ栠M行更詳細(xì)的觀察和測量。

結(jié)合良好的觀測條件，先進的計算機模擬，以及來自七個研究機構(gòu)的國際科學(xué)家團隊的努力，科學(xué)家們使用IBIS最終第一次確認(rèn)了Alfvén波在太陽磁通量管中的存在。

在太陽光球?qū)又兄苯影l(fā)現(xiàn)Alfvén波是在地球上開發(fā)其高能量潛能的重要一步。例如，它們可以幫助我們研究核聚變，即太陽內(nèi)部發(fā)生的將少量物質(zhì)轉(zhuǎn)化為大量能量的過程。我們目前的核電站目前基本使用核裂變，而有批評者認(rèn)為——核裂變會產(chǎn)生危險的核廢料——特別是在2011年發(fā)生在福島的災(zāi)難中。

通過在地球上復(fù)制太陽的核聚變來創(chuàng)造清潔能源，仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為我們?nèi)匀恍枰焖佼a(chǎn)生1億攝氏度的溫度才能發(fā)生核聚變。Alfvén waves可能是一種方法。我們對太陽越來越多的了解表明，在合適的條件下，這是完全可能的。

由于新的突破性的任務(wù)和儀器，科學(xué)家也期待著更多的太陽觀測發(fā)現(xiàn)。歐洲航天局(European Space Agency)的太陽軌道衛(wèi)星(Solar Orbiter)目前正在圍繞太陽運行，提供圖像，并對這顆恒星未知的極地地區(qū)進行測量。在地球上，新的高性能太陽望遠(yuǎn)鏡的揭幕也有望增強人類從地球上對太陽的觀測。

譯/前瞻經(jīng)濟學(xué)人APP資訊組

參考資料：https://scitechdaily.com/why-the-suns-atmosphere-is-hundreds-of-times-hotter-than-its-surface-80-year-old-theory-finally-confirmed/

擴展閱讀：

1、團體定制活動

2、科普進校園內(nèi)容

3、公益科普活動和更多研學(xué)活動