科學家們測量了太陽耀斑的能量,足夠將耀斑等離子體加熱到10億度

科學家們測量了太陽耀斑的能量,足夠將耀斑等離子體加熱到10億度

在2017年底,太陽表面靠近太陽黑子的位置爆發了一個巨大的新磁場區域。磁能的強烈碰撞產生了一系列強烈的太陽耀斑,導致了地球上動盪的太空天氣。新澤西理工學院(NJIT)隨即打開的擴展歐文斯谷太陽陣列(EOVSA)射電望遠鏡,第一時間捕獲了耀斑。

在《科學》雜誌上發表的研究中,記錄這些圖像的太陽能科學家首次精確地確定了爆炸的時間和地點,爆炸釋放了相當於將噴出的等離子體加熱到10億度溫度的能量。

利用微波頻譜中收集的數據,他們能夠對火焰點燃後的磁場強度進行定量測量,並追蹤了其轉化為其他能量形式:動能、熱能和超熱能(為耀斑爆炸穿過日冕提供能量,時間長達5分鐘)。

迄今為止,耀斑或其他大規模噴發過程中日冕磁場的這些變化僅通過外推來間接量化,比如,外推法是在光球層(太陽表面看到的白光層)處測得的磁場。這些外推法無法精確測量位置處磁場的動態局部變化,並且時間尺度短到足以表徵耀斑的能量釋放。

NJIT太陽表面研究中心物理學教授格雷戈裡·弗萊什曼(Gregory Fleishman)說:“我們已經能夠確定日冕中釋放的最重要的電磁能量位置。這些是捕獲耀斑的微觀物理學的第一批圖像,這些圖像是在較小的空間和時間尺度上發生的,能夠實現能量轉換的詳細過程。”

通過同時測量磁能的下降以及該區域電場的強度,他們能夠證明符合能量守恆定律的兩個能量化驅動太陽耀斑的粒子加速度,包括相關的噴發和等離子加熱。

這些基本過程與發生在包括伽瑪射線爆,實驗性核聚變在內的最強大的天體物理學能量源是相似的。

通過13個天線的協同工作,EOVSA可以在一秒鐘內以數百個頻率在1-18 GHz範圍內拍照,包括光學、紫外線、X射線和無線電。這種增強的觀察耀斑力學的能力為研究太陽系中最強大的爆發開闢了新途徑,這些爆發是由太陽表面磁力線的重新連接並由日冕中儲存的能量推動的。

傑出的NJIT的物理學教授、EOVSA主任和該論文的合著者戴爾·加里(Dale Gary)指出:“微波輻射是唯一對冠狀磁場環境敏感的機制,因此獨特的、高節奏的EOVSA微波光譜觀察是實現觀察這種快速變化磁場的關鍵。測量是可能的,因為在冠狀磁場中傳播的高能電子主要在微波範圍內發射其磁敏輻射。”

在EOVSA觀測之前,沒有辦法看到廣闊的空間區域,在該區域上高能粒子被加速,然後由於耀斑爆發所推動的強大沖擊波而進一步加速,如果其指向地球,則可以摧毀航天器並危及宇航員。

加里說:“耀斑加速粒子與受到衝擊加速的粒子之間的聯繫是我們瞭解哪些事件是良性事件和哪些構成嚴重威脅的重要部分。”

擴展陣列開始運行僅兩年後,它就自動生成太陽的微波圖像,並將其日常提供給科學界。隨著太陽活動在為期11年的太陽週期中增加,它們將用於提供第一批日冕磁圖,即距太陽表面1500英里的磁場強度圖。


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