中國天文學家在日冕加熱研究領域取得重要突破

北京大學田暉教授團隊利用大熊湖天文台（Big Bear Solar Observatory）1.6米口徑太陽望遠鏡獲取的高分辨觀測資料，結合太陽觀測衛星提供的數據，在日冕加熱研究領域取得重要進展，揭露了太陽針狀物的產生機制和加熱過程。

太陽向外輻射的能量來自內部核心區域的核聚變反應，從核心區往外到太陽表面（光球層），溫度從約一千五百萬度下降到五千七百度。然而從光球往外，溫度卻反常升高，到最外層的大氣（日冕）甚至達到百萬度的量級。如此高溫的日冕是如何產生和維持的？這就是日冕加熱的問題，科學雜誌在2012年選為當代天文學的八大未解之謎之一。

田暉硏究團隊太陽低層大氣裡小尺度的普遍性噴流可能是理解日冕加熱過程的關鍵。這些普遍性噴流中，最典型的當屬位於太陽表面和日冕之間的所謂針狀物。它的寬度通常只有二百公里左右（太陽半徑約七十萬公里），經常間歇性地從表面往外噴射到日冕中，就像噴泉一樣。為了理解針狀物的產生過程，國際上學者提出了眾多不同物理過程的模型。但由於受到望遠鏡分辨率和靈敏度的限制，人們一直沒有觀測到針狀物的詳細產生過程，也就無法判別哪個模型是對的。因此對於針狀物的產生機制，目前太陽物理屆仍是莫衷一是。

田暉教授及其博士後坦莫·薩曼塔（Tanmoy Samanta）與大熊湖天文台台長曹文達教授及其團隊通力合作，利用古德太陽望遠鏡（Goode Solar Telescope）對針狀物的產生機制和加熱過程進行了成功的觀測。他們發現，不同極性磁場結構之間的相互作用與針狀物的產生緊密相關。這些針狀物通常產生於太陽上強磁場的所謂網絡組織附近。當網絡組織附近出現相反極性的小尺度弱磁場結構時，通常便會產生針狀物。一些相反極性的磁場結構在與網絡磁場靠近的過程中逐漸變小並最終消失，在此過程中觀測到伴隨的針狀物活動。

該觀測結果為磁重聯驅動針狀物的觀點提供了強有力的支持。太陽上普遍存在小尺度磁流浮現（即磁場結構從太陽內部上浮到太陽大氣中）過程。當這些新浮現出來的磁場結構靠近強磁場的網絡組織，並且二者接觸面上磁場極性相反時，磁重聯便可能發生。磁重聯將位於低層大氣的物質加速往外拋出，形成針狀物。這與當前最流行的兩種針狀物產生機制（磁流體激波、中性與電離氣體成分之間的相互作用）截然不同，引起了中外學者的廣泛關注。基於這一觀測結果，多個團組已著手開展相關理論研究工作。

【圖、文：節錄自中國科學院國家天文台網頁；新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在已經出版的《科學》期刊