日冕高溫是光球裡大氣渦流產生的磁電漿脈衝造成


英國錫菲大學(University of Sheffield)研究學者Jiajia Liu等人首度觀測到證據,證明太陽大氣中到處都有渦流,可能因此經常產生短暫的阿耳芬脈衝(Alfvén pulses),涵蓋範圍如英國般大小,能量從太陽表面傳遞到高層太陽大氣中;換言之,從太陽表面到太陽高層大氣時,氣溫為何會從數千度劇烈增加至數百萬度,磁電漿(magnetic plasma)的波動和脈衝,可能就是解釋這個問題的關鍵。

許多科學家曾提過各式各樣的理論來解釋太陽大氣劇烈增溫的現象,但一直懸而未決。錫菲大學和中國科學技術大學科學家發展出一套數學模擬系統,探究阿耳芬波在磁電漿中傳遞的狀況,結果發現短暫的阿耳芬脈衝會在太陽光球層電漿中大量產生渦流,每個渦流的大小約相當於英國愛爾蘭島的面積左右,且任何時間點,光球層內大約都有至少十五萬個這樣的磁脈衝渦流。阿耳芬波是瑞典物理學家阿耳芬(Hannes Olof Gösta Alfvén)於1940年代末期首先提出,是電漿中一種沿磁場方向傳播的低頻橫波。

Liu等人表示:宇宙中到處都有渦流運動,從一般家庭水龍頭流出直徑大小只有幾厘米的水流,到地球或太陽大氣中的龍捲風,太陽上的太陽噴流,甚至規模達五十二萬光年的螺旋星系等。這個最新的研究首度呈現觀測證據,證明太陽大氣中普遍存在的渦流可能產生短暫的阿耳芬脈衝。

阿耳芬脈衝能沿著圓柱狀的磁通管(magnetic flux tube)輕易穿透太陽大氣,所以可以一路暢行無阻地向上抵達太陽色球層,甚至更高的日冕層中。然而由於阿耳芬脈衝穿行在磁電漿中的時候,並不會在局部區域集中增強或變得稀薄,所以很難直接觀測阿耳芬模式。阿耳芬脈衝也無法與其他種磁電漿模式分辨開來,例如被稱為「扭折模式」(kink mode)的橫向磁電漿波。

Liu等人偵測到的阿耳芬脈衝所攜帶的能通量,估計比加熱局部上層色球大氣所需要的能量還高十倍以上。色球界在太陽表面和最外層的熾熱日冕之間,其實厚度並不厚,在日全食的時候可以看見它呈現玫紅色。雖然日冕增溫問題並未完全解決,但至少現在瞭解光球層內這個規模如英國大小的磁電漿渦流可能扮演了重要的傳遞角色,而且不僅傳遞了能量,可能也有物質質量的傳輸,值得進一步探討。

【圖:錫菲大學;文:節錄自台北市立天文科學教育館網頁;新聞訊息由林景明提供】

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