解密太阳表面的“暴力”事件——科学家首次成功模拟太阳针状体活动

字体 2017-07-13 10:27:24
     来源: 中国天气网

限于人类目前的科学认知和科技水平,太阳的结构至今仍然是个谜,即便是其表面所发生的事情,对于身处一亿五千万公里外的我们也是相当难以捉摸的,不过,任何事物都无法阻止人类的求知欲,更不能阻挡我们探究的脚步。

近期,科学家经过十年的不懈努力,终于成功通过数学模型很好的模拟了太阳表面的一类活动——针状体过程。这一研究结果已经发表在上个月的《科学》上。

 解密太阳表面的“暴力”事件——科学家首次成功模拟太阳针状体活动

原文地址:http://science.sciencemag.org/content/356/6344/1269.full

随着研究的深入,人们发现太阳表面的活动远比我们想象的活跃并且复杂,在这个火热的大气球表面,无时无刻、不间断并且是同时的伸出超过1000万个“针状体”。 

解密太阳表面的“暴力”事件——科学家首次成功模拟太阳针状体活动

2006年11月21日 SOT/Hinode观测的位于日面边缘活动区针状体的Ca ii H 图像

摘自:《太阳针状体的研究进展》赵瑞娟、张宇宗等人

针状体实际上是太阳表面的等离子体喷流,是由内向外的,以每秒100千米的速度,直冲到距离太阳表面10000千米的高度,其持续时间在数分钟,存在寿面是非常短的,也正是出于这个原因,虽然早在一百多年前的1877年就由罗马梵蒂冈天文台的安吉洛·西奇神父发现,直到现在仍然无法完整描述其发生过程。 

解密太阳表面的“暴力”事件——科学家首次成功模拟太阳针状体活动 解密太阳表面的“暴力”事件——科学家首次成功模拟太阳针状体活动

等离子喷流所构成的针状体遍布太阳表面

通过长达十年的研究,研究团队发现了太阳表面这些“暴力”事件的发生机理。研究者之一Bart De Pontieu说,“首先,我们建立了数值模型对这一现象进行模拟,并不断借助IRIS的观测结果来对模型进行修正,从而改进和完善模型,使其模拟结果不断提高。”

最初,模型是按照以往人们对等离子体在太阳大气中的运动规律建立的,为了降低模型复杂度,研究团队将太阳表面温度较低的区域的粒子进行了简化,比如将中性的不带电的粒子完全忽略掉,取得了一定的成果。但是随着模型的不断修正,以及NASA艾姆斯研究中心的昂宿星超级计算机的帮助,科学家重新引入中性粒子到模型中去,终于在模拟结果上取得了突破。

  解密太阳表面的“暴力”事件——科学家首次成功模拟太阳针状体活动

太阳磁场和带电粒子是这一现象的主要动力来源,不过在喷流喷发的过程中却始终缺少一环,喷流仿佛被卡住在太阳表面上,能量也无法释放出去。重新被拿回模型中的中性粒子起到了关键的承载作用,就像是火箭发射时的发射架,中性粒子的存在为磁场能量提供了“浮力”,使得高温等离子体上升到太阳色球层,伴随着磁场结构的打破,等离子体变成向外高速喷射的针状体,能量也在这一过程中得到释放。

虽然在研究太阳结构上人类还要非常远的路要走,不过这次成功的模型模拟堪称是大的突破,对于我们了解太阳能量的传播过程也是非常有帮助的。(作者:韩大洋,国家空间天气监测预警中心)

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