【{$randkws}】中国和德国科学家携手提出太阳日冕“篝火”首个理论模型 - {$web_name} 右图背景是太阳表面的磁场

太阳环绕器飞船携带的极紫外成像仪观测到的日冕中的“篝火”（Berghmans et al. 2021, A&A）

左图是模拟的日冕图像，圆圈指示了一个相似“篝火”的影视花絮演唱会事情。右图背景是太阳表面的磁场，粉红色代表左图展示的“篝火”位置，各异颜色的曲线强调其附近的磁力线（Yajie Chen et al. 2021, A&A）。
（神秘的地球uux.cn报导）据北京大学地球与空间科学学院：欧洲空间局的太阳环绕器飞船(Solar Orbiter)上一年察觉了日冕中存在众多相似“篝火”的现象，这是该飞船上天后的第一个重大察觉。近期，我院博士探究生陈亚杰等人经由计算机数值模拟，提出了“篝火”的第一个理论模型，觉得这些“篝火”是经由一种被称为“分量磁重联”的物理过程所形成的。他们的重磅AI芯片观察探究还表明，这些“篝火”或许对高温日冕的形成有重大贡献。4月27日，欧洲空间局官网、美国《科学》杂志站点、德国马普学会官网等学术传媒报导了这一探究结局。
什么是日冕加热？
太阳大气的底部温度大约为5500摄氏度，但是太阳的最外层大气日冕却维持着百万度的高温。由于太阳的能量来自内部核心区的核聚变，依据热力学第二定律，距离太阳越远，温度应该越低，但是日冕中的温度却比太阳表面的温度高了两个数量级以上。日冕中的高温是如何形成并维持的？这就是困扰太阳物理界数十年的“日冕加热”难题，也是当代天文和空间科学领域最首要的未解之谜之一。
1988年前后，官方票房预测推荐美国著名太阳物理学家、日球物理之父帕克（EugeneParker）提出了一个模型。他觉得，日冕中的磁力线或许是相互交织在一起的，这样在很多地方，相邻磁力线的方向就不会完全一样，而是有一定的夹角。在这些位置，轻松形成相似太阳耀斑、但空间和时间尺度都要小得多的能量释放事情，这些事情被称为纳耀斑。帕克猜测，日冕中或许遍布这种微小尺度的事情，它们释放的总能量足以加热日冕。但是汇总榜单迄今为止，还没有察觉被太阳物理界公认的、直接的纳耀斑观测证据。
“日冕”中的“篝火”
耗资约15亿欧元的太阳环绕器飞船于上一年2月顺利发射，其携带的极紫外成像仪（EUI）是迄今为止分辨率最高的太阳极紫外望远镜。该望远镜不久便察觉宁静日冕中有着众多的小尺度瞬时增亮现象，这些亮点看起来就像是“篝火”一样，遍布太阳表面。其空间尺度最小达到400公里左右，持续时间只有十几秒到几分钟。来自欧洲的科学团队经过细致的确认后，察觉这些现象发生在太阳表面以上仅仅几千公里的高度，发生之处的气体通常能够被加热到几百万度的高温。这些在日冕中新察觉的最小、最微弱的事情，或许针对我们理解日冕加热难题有重大启示。
这些“篝火”是如何点亮的
近期，来自我院的陈亚杰同学、田晖教授与德国马普学会太阳系探究所的HardiPeter教授、DamienPrzybylski博士等人兴办，经由计算机模拟透彻探究了这些日冕“篝火”背后的物理过程，研究了这些“篝火”是如何点亮的。在此基础上，他们提出了第一个日冕“篝火”的理论模型。
他们对太阳大气开展了三维辐射磁流体力学数值模拟，察觉模型中有很多和观测到的“篝火”性质高度一致的瞬时亮点。经由确认几个最显著的亮点周围的磁场结构的演化，他们察觉大若干亮点都对应了在两组冕环之间发生的分量磁重联。磁重联是发生在电离气体（等离子体）中的一种物理过程，可以形象地理解为相反方向的磁力线相互靠近后“断开”再重新“连接”。而分量磁重联是指发生重新“连接”的两组磁力线并非具有完全相反的方向，而是之间有一个较小的角度。分量磁重联发生后，磁场中的能量被释放出来，加热了局部日冕大气，形成“篝火”。
他们经由计算还察觉，这些“篝火”释放的能量与日冕加热所需能量相当，表明其对高温日冕的形成或许有重大贡献。这一探究结局表明，“篝火”或许是帕克模型预言的跟纳耀斑同一个类型的能量释放事情。但受限于当前望远镜的分辨率，观测到的“篝火”或许还只是那些尺度较大的少数事情。
2020年以来，境内外的新一代太阳观测设备陆续投入或快要投入观测。前方几年，人类将首次做到对太阳大气的各异层次另外开展速度场和磁场测量，这为日冕加热的探究带来了巨大机遇。当下太阳环绕器飞船还处在巡航阶段，尚未官方着手针对太阳的科学观测。我们可以盼望，前方几年里，基于其更多高品质的观测资料，并结合当前最先进的计算机数值模型，我们对日冕加热这一难题的理解将得到大大提升。
有关论文已然被全球三大最首要的天文期刊之一Astronomy & Astrophysics接收，快要官方发表。该岗位得到了全国自然科学基金委等的扶持。
Y. Chen, D. Przybylski, H. Peter, H. Tian, F. Auchere, D. Berghmans, Astronomy & Astrophysics, 2021 (https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202140638)
有关报导：首个日冕“篝火”理论模型提出 或将解开困扰科学界数十年的难题
（神秘的地球uux.cn报导）据技术日报（刘霞）：欧洲空间局官网和美国《科学》杂志站点27日报导，中国和德国科学家兴办，经由计算机数值模拟，提出了日冕“篝火”首个理论模型。该模型不只揭示了这些“篝火”是如何被点燃的，还表明这些“篝火”或许对高温日冕的形成有重大作用。
上一年，欧洲空间局的太阳轨道器飞船携带的极紫外成像仪察觉，宁静日冕中存在众多小尺度瞬时增亮现象，这些亮点看起来就像“篝火”，遍布日冕。欧洲科学家经过确认后察觉，这些“篝火”出如今太阳表面以上几千公里的地方，此处的气体被加热到几百万摄氏度。
那么，这些“篝火”是如何形成并被点燃的呢？
近期，来自北京大学的博士探究生陈亚杰、田晖教授与德国马普学会科学家兴办，经由计算机模拟透彻探究了这些“篝火”背后的物理过程，并在此基础上提出了首个日冕“篝火”的理论模型。
该模型觉得，这些在日冕中新察觉的很小且微弱的现象，是经由名为“分量磁重联”的物理过程所形成。这一过程发生后，磁场中的能量被释放出来，加热了局部日冕大气，形成“篝火”。他们还察觉，这些“篝火”释放的能量与日冕加热所需能量相当，表明其对高温日冕的形成或许有重大作用，有助科学家进一步揭示“日冕加热”难题。
陈亚杰阐释说，太阳大气的底部温度约为5500℃，但最外层大气日冕却维持百万摄氏度的高温。日冕中的高温是如何形成并维持的？这是困扰太阳物理学界数十年的“日冕加热”难题，也是当代天文和空间科学领域最首要的未解之谜之一。
田晖强调：“2020年以来，境内外新一代太阳观测设备陆续投入或快要投入使用，前方几年里，基于这些设备能够提供的更多高品质观测资料，并结合当前最先进的计算机数值模型，我们对日冕加热这一难题的理解将得到极大提升。”
新近探究得到了全国自然科学基金委等的扶持。