歐洲太陽軌道器在紫外線下拍攝到的太陽圖像，揭示了太陽表面和大氣中最熱的部分。 圖片來源：ESA & NASA

一項新太空任務(wù)正在幫助科學(xué)家解開一個關(guān)于太陽的謎團：為什么太陽稀薄的大氣層比太陽表面溫度高出近200倍。在4月27日舉行的歐洲地球科學(xué)聯(lián)盟（EGU）會議上，對由歐洲主導(dǎo)的太陽軌道飛行器所做的觀察進行的分析顯示，太陽表面上被稱為“篝火”的微小耀斑，可能足以將其大氣加熱到驚人的高溫。此次會議上的其他研究也支持科學(xué)家的這種假設(shè)，即主要是小型耀斑，而非大型耀斑造成了高溫。

太陽的熱量來自其核心的核聚變，越往外溫度越低。然而，20世紀30年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，太陽的大氣或日冕溫度卻高達100萬攝氏度，遠高于太陽表面的5500攝氏度。從那時起，他們便對此感到困惑。英國倫敦大學(xué)學(xué)院的Sarah Matthews說：“這仍然是太陽物理學(xué)中尚未解決的主要問題之一?！?/p>

其中一個主要猜想與太陽的湍流磁場有關(guān)。日冕由等離子體組成，后者是一種非常熱的氣體，足以使原子分崩離析，并在磁場的作用下產(chǎn)生由離子和電子構(gòu)成的漩渦。

太陽望遠鏡可以看到日冕中活躍的區(qū)域，那里的磁場在太陽表面循環(huán)，并將超熱的等離子體引導(dǎo)到大氣中，然后又以地球上可見的弧形方式往回移動。偶爾，日冕活躍區(qū)域會產(chǎn)生耀斑、輻射和高能粒子，這些粒子有時會到達地球。研究人員認為，這些耀斑可能是在扭曲、充滿應(yīng)力的磁環(huán)折斷并以較低應(yīng)力的結(jié)構(gòu)與其他磁環(huán)連接時爆發(fā)的，這個過程被稱為磁重聯(lián)，能夠釋放出大量能量。

但研究人員在20世紀60年代意識到，磁環(huán)和耀斑并沒有提供足夠的熱量以保持日冕持續(xù)燃燒。因此，他們提出日冕中散布著大小各異的環(huán)狀物和耀斑，這些耀斑大多小得看不見，它們以“積水成淵”之勢貢獻了流失的熱量。美國宇航局（NASA）戈達德太空飛行中心的James Klimchuk說，經(jīng)過這些年的積累，研究人員已經(jīng)開發(fā)出一些巧妙的方法，通過集體效應(yīng)來研究最微小的耀斑。但到目前為止，太陽望遠鏡只能看到最大的耀斑。

太陽軌道飛行器于1年前發(fā)射，載有6個望遠鏡和4個環(huán)境傳感器。2020年5月，在儀器測試階段，飛行器在太陽和地球之間搖擺。比利時皇家天文臺的太陽物理學(xué)家、極端紫外成像儀（EUI）的主要研究員David Berghmans說，他們曾希望在7700萬公里之外，利用探測器的極端紫外線成象儀觀測到一些太陽小耀斑?！暗覀儧]想到它們會如此顯眼?！彼f，在太陽表面安靜的地方，“它就像北極的一棵棕櫚樹”。

今年2月，當(dāng)太陽軌道飛行器再次接近太陽時，研究人員對“篝火”進行了第二次近距離觀察，該團隊仍在分析這些數(shù)據(jù)。到今年12月測試結(jié)束時，研究人員將能夠通過多個儀器同時研究太陽釋放的能量?！罢嬲墓ぷ魇怯嬎愠鰯?shù)據(jù)?！睔W空局首席研究員Daniel Müller說，“‘篝火’是否足以為安靜的太陽供給能量？有跡象表明它們可以?！?/p>

一些理論也預(yù)測了其中的跡象。中國北京大學(xué)的陳亞杰和德國馬克斯·普朗克學(xué)會太陽系研究所的Hardi Peter領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，利用現(xiàn)有的太陽湍流表面模型，計算了日冕在類似2020年5月太陽衛(wèi)星觀測到的情況下的行為。他們在EGU會議上報告說，該模型產(chǎn)生的“亮度”在規(guī)模和持續(xù)時間上與較大的“篝火”非常相似。“我們檢查的所有內(nèi)容都吻合。”Peter說，該模型還表明，這種亮度是磁場重連的結(jié)果，產(chǎn)生了上百萬度的溫度，并對日冕加熱有顯著貢獻。

其他工具也在幫助解決這個問題。印度塔塔基礎(chǔ)研究所的研究人員利用默奇森·寬菲爾德陣列尋找太陽安靜區(qū)域存在小耀斑的證據(jù)。他們在此次會議上說，在對太陽進行的70分鐘觀測期間，研究小組看到了許多明亮的閃光，每個閃光持續(xù)一秒或更短。“它從數(shù)據(jù)中跳躍出來。”Surajit Mondal說，該團隊記錄了大約20000次閃光。不過，Mondal承認，僅從無線電信號估計耀斑的能量是困難的，“但如果有這么多耀斑，它可以持續(xù)給日冕加熱”。

日冕加熱的秘密還沒有揭開——除了小耀斑之外，可能還有其他過程增加了熱量，但隨著太陽軌道飛行器和2018年NASA發(fā)射的帕克太陽探測器開始工作，加上目前正在服役的夏威夷丹尼爾·井上太陽望遠鏡，在接下來的幾年里，太陽物理學(xué)家將有最好的機會破解這個問題。

“‘篝火’是一個誘人的前景?！盡atthews說，但科學(xué)家需要更多的數(shù)據(jù)，以確定它們有多少，會產(chǎn)生多少熱量。Peter期待2022年的到來，屆時太陽軌道飛行器的所有儀器將開始協(xié)同工作，并與地球或地球附近的望遠鏡進行聯(lián)合觀測。“那將會是令人興奮的一年?！?br>

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