終極難題?為何太陽的大氣層比其表面更熱?這是個重要的問題

天文在線 發佈 2022-10-02T15:47:11.089606+00:00

你好!奧莉維亞,這是個好問題,事實上,這是個全世界很多科學家都在致力於研究的問題。真正的答案是——我們並不知道!但對於太陽大氣層中的熱量從哪裡來,我們略知一二,這與太陽的磁場有很大關係,讓我來解釋它的意思吧。太陽的每個角落都在產生熱量,太陽核心的溫度高達2.

你好!奧莉維亞,這是個好問題,事實上,這是個全世界很多科學家都在致力於研究的問題。

真正的答案是——我們並不知道!但對於太陽大氣層中的熱量從哪裡來,我們略知一二,這與太陽的磁場有很大關係,讓我來解釋它的意思吧。

太陽的每個角落都在產生熱量,太陽核心的溫度高達2.7億攝氏度,遠離它溫度則越來越低,就像人遠離火源感受到的一樣。

太陽表面的溫度大約是6000攝氏度,比太陽核心的溫度低得多。並且,在太陽表面以外一段距離內,溫度繼續降低。

但在超出太陽表面之外的一段距離,進入太陽大氣層後,溫度瞬間超過一億攝氏度!所以一定有什麼東西在對太陽大氣層的溫度產生影響,但發現它並不輕鬆。

關鍵在於太陽的磁場。專家們的主流看法是太陽磁場將太陽內部的能量穿過太陽表面帶到大氣層。

和地球一樣,太陽也有它的磁場。我們可以將恆星或行星的磁場想像為連接其磁南磁北的不可見的線。

我們看不到磁場,但我們知道它就在那裡,因為某些事物會因為它的存在產生反應,例如在地球上,因為與地球磁場的聯繫,羅盤的指針始終指向北方。

這裡你可以看到地球的磁場是怎麼延伸到太空並形成閉環,紅色的是地磁北極,白色的是地磁南極。太陽磁場同樣有北極和南極,它的磁場與地球不同,看上去較為混亂。在太陽表面,磁場線就像是從太陽表面伸入大氣層的不停變化的磁環,

如果磁環相互接觸,就會造成巨大能量的突然爆炸,大氣層的溫度也因此大幅升高。我們還知道磁場線間有帶來能量的熱浪,這對大氣層溫度的升高是否也有作用呢?

熱浪與爆炸是否有某種關聯,或是作為整體看待?測量太陽磁場會對我們理解整個過程有所幫助。

如果我們可以看到太陽磁場線,這就是它從太陽表面伸入大氣層的樣子。

磁場線是看不到的,但我們依然可以測量,因為它們會隨著太陽光而發生微小的改變。太陽表面非常明亮,因此,觀察到亮度的改變並測量磁場並不困難。

但是太陽的大氣層太過炎熱以至於光線無法被看到,它發出的X光是肉眼無法看到的。即使我們使用特殊的X光望遠鏡,在太陽表面,X光仍舊十分暗淡,大氣層的磁場也就無法被觀測到。

好消息是美國宇航局的最新衛星帕克太陽探測器(Parker Solar Probe)正在圍繞靠近太陽(但不是太近)的軌道運動,並且將經過太陽磁場並測量它。未來五年,我們將會從它這裡得到很多令人興奮的信息。

這些磁場的測量將會幫助我們理解為什麼太陽,還有其他恆星的大氣層溫度遠遠高於它們的表面。

帕克太陽探測器大約是一輛車那麼大。

相關知識

太陽(又稱日),是太陽系中心的恆星,它幾乎是熱等離子與磁場交織著的一個理想球體[13][14]。它的直徑大約是1,392,000(1.392×106)公里,相當於地球直徑的109.3倍;質量大約是2×1030千克(地球的333,000倍),約占太陽系總質量的99.86%[15]。從化學組成來看,太陽質量的大約四分之三是氫(~73%),剩下的幾乎都是氦(~25%),包括氧、碳、氖、鐵和其他的重元素質量少於2%[16]。

太陽的恆星光譜分類為G型主序星(G2V)。雖然它以肉眼來看是白色的,但因為在可見光的頻譜中以黃綠色的部分最為強烈,從地球表面觀看時,大氣層的散射使天空成為藍色,所以它呈現黃色,因而非正式地歸類為「黃矮星」[17][18]。 光譜分類標示中的G2表示其表面溫度大約是5778K(5505°C),V則表示太陽像其他大多數的恆星一樣,是一顆主序星,它的能量來自於氫巨變成氦的核聚變反應,其核心每秒鐘能聚變6.2億噸的氫。

太陽一度被天文學家認為是一顆微小平凡的恆星,但因為銀河系內大部分的恆星都是紅矮星,現在認為太陽比85%的恆星都要明亮[19][20]。太陽的絕對星等是 +4.83,但是由於其非常靠近地球,因此從地球上看來,它是天空中最亮的天體,視星等達到−26.74[21][22]。太陽高溫的日冕持續的向太空中拓展,創造的太陽風延伸到100天文單位遠的日球層頂。這個太陽風形成的「氣泡」稱為太陽圈,是太陽系中最大的連續結構[23][24]。

BY: Hannah Schunker , David Pontin

FY: 北冥之星

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