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太阳上空飘扬的彩带 精选

已有 8260 次阅读 2012-3-10 11:38 |系统分类:科普集锦| 太阳爆发, 空间灾害, 冕流波

读者们一定还记得,在08年和09年,我国境内连续发生了两次壮观的日全食景象。在日全食期间,月球遮挡住了太阳本体发出的强烈光芒,而使平常无法用肉眼观测到的微弱日冕与天空中的星星一同显露出来,构成一幅值得终生回忆的美景。美景中有着如同士兵钢盔一样的日冕结构,可以向外延伸到几个甚至十几个太阳半径,这就是所谓的盔状冕流。冕流是日冕中非常重要的结构,密度比较高,所以看起来要亮一些。

在欣赏短暂的日全食美景的时候,大多数读者可能想象不到,这一冕流结构正是专业人员长年累月探索的研究对象。科学工作者也早已研制出可以对日冕进行长时间连续观测的人造日全食设备---日冕仪(coronagraph);放在太空中的日冕仪可以24小时不间断地对日冕进行拍摄,一般每日可拍得几十乃至几百幅日冕照片。工作人员常将这些照片制成表现日冕动态演化的影像文件,置于网路之中供人们浏览和下载。

一幅幅阅览日冕的照片,不仅可以获得视觉上的愉悦,还可从中发现科学问题进行研究。任意选择持续几天的日冕影像,便可从中观察到日冕物质永不停息的外流和时而发生的日冕物质抛射现象。前者构成太阳风的一部分,后者则属于一种最为重要的太阳爆发现象--日冕物质抛射。

盔状冕流扎根在太阳光球表面,周围都是高速外流的太阳风物质,因此可以将冕流形象地比喻成飘于风中的长条丝带,时不时地受到日冕物质抛射的影响。

    不错,冕流结构与日冕物质抛射经常会发生强烈的相互作用。

    查阅十余年来积累下来的日冕仪观测数据,课题组惊讶地发现,日全食中显露出的盔状冕流,居然可以象彩带舞演员手中的丝带一样,随之优雅地摇摆。之所以摇摆,是由于受到了附近爆发的日冕物质抛射的强烈扰动。他们称之为冕流波。尽管这是一个非常意外的发现,但解释起来却又很“简单直观”和“理所当然”。

日冕仪LASCO/SOHO观测数据,中间白圈为太阳表面,黑色圆板是日冕仪的挡板。

    众所周知,太阳大气中的物质都是磁化的等离子体,这类介质最典型的一个性质就是具有高度的弹性,可以自动地对扰动产生反弹的磁场作用力,驱使系统向原平衡状态恢复。另外,在底部光球表面,这些结构却能稳稳地扎根,不太受上方爆发的影响。这样,日冕物质抛射的快速膨胀可以推挤到邻近的冕流结构,使整个结构顺势向一侧偏斜,底部却不动。由此,便产生了驱动冕流复原的恢复力。

    在该力作用下,冕流能够以原平衡位置为轴线左摇右摆,力学过程可与儿童玩具不倒翁的摆动类比;这种晃动沿着冕流向上传播,便形成了观测到的冕流波现象。在论文中,课题组也形象地将这一过程比拟为我国传统舞蹈彩带舞,即由舞者手持彩带一端左右晃动而产生沿彩带向外传播的摆动。他们还指出,这是迄今在日冕中发现的最大尺度的日冕波动现象之一。

    这其实还不是故事的全部。

    课题组利用这一现象还顺势发展了一种能够诊断日冕磁场强度的冕震学方法。该方法的基本思路与地震学中利用震波反演震区或传播区域性质的做法非常类似,也是根据日冕波动的性质来推断波传播媒介即日冕的物理参数。请注意,目前仍没有飞船可以飞抵日冕实行就地测量,因此日冕的许多物理参数,特别是磁场的性质,都是通过间接方式获取的。这也表明了发展冕震学等日冕参数诊断方法的必要性和重要性。这些工作构成了三篇论文,其中有两篇在ApJ、一篇在Solar Physics发表。

 



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