日冕高温、磁場、週期、耀斑、化學成分關於太陽，還有五大未解之謎

上圖 NASA“過渡區和日冕探索者”(TRACE)航天器上特殊儀器拍攝的照片，顯示了太陽的日冕環。 右圖 NASA“太陽和太陽圈探測器”拍攝的圖像顯示，2003年11月18日，太陽上發出創紀錄的耀斑。 圖片來源:NASA官網

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無垠太空，恆星之多如恆河沙數，太陽是其中最特別的一顆。因為其與地球的距離適中，為人類提供了充足但不氾濫的能源，讓人類得以生存，仰望星空，並深入研究人類乃至整個宇宙的演化歷史。

儘管太陽對人類如此重要，但人類對其內部力學和化學成分等的瞭解仍然有限。美國《福布斯》雙週刊網站在最近的報道中，列出了有關太陽的五大未解之謎。

為何日冕温度高於太陽表面

太陽最外層大氣層(日冕)位於太陽表面上方，距熱源更遠，但温度是太陽表面的1000倍，為何會出現這種情況?這是籠罩在太陽頭上的一層“神秘面紗”。

美國新墨西哥州立大學太陽物理學家傑森·傑基維茨説，太陽表面提供了足夠多的能量，使日冕保持高温，但這種加熱需要能量以某種方式沉積在日冕區域，然而，外層日冕本身非常脆弱，科學家一直對日冕如何貯藏這麼多熱量感到困惑不已。

太陽磁場從何而來

傑基維茨説，科學家在太陽表面(如太陽黑子)和太陽大氣(如日冕環)觀察到了太陽的磁場，但這些磁場很可能是在太陽內部產生的。產生磁場的過程需要等離子體(帶電氣體)和運動(可能是旋轉)。

許多研究人員認為，這種現象在太陽半徑的70%左右處發生得最強烈，這可能是磁場增強的地方。由於磁場具有浮力，因此會上升到太陽表面，並以太陽黑子的形式出現。

但由於太陽是氣態天體，它不像地球這種固態天體那樣以相同的固定速度旋轉。傑基維茨説，太陽的赤道大約每25天旋轉一次，極地大約30-32天旋轉一次，地球上肯定不會發生這種情況，否則地球會把自己撕成碎片。

此外，太陽表面之下的不同層也以不同速度旋轉。傑基維茨説，如果進入太陽表面之下約5萬公里的地方，你會發現，此處的旋轉速度比表面快，但如果進入太陽再深入一點的地方，旋轉速度會再次減慢。

為何存在歷時11年的太陽週期

傑基維茨説，太陽黑子和太陽的磁性通常以11年為週期消長。

由於太陽表面存在強磁場，太陽黑子表現為太陽表面較暗的區域。傑基維茨説，在太陽週期開始時，太陽黑子往往位於中緯度地區，隨着太陽週期的繼續，它們越來越靠近赤道。當下一個太陽週期開始時，它們又在中緯度重新出現，儘管太陽南北半球的極性與前一個週期不同。

傑基維茨表示，在這11年內，太陽表面的特徵每天都在變化，11年是一個奇怪的時間尺度。

超級拋射和超級耀斑如何產生

傑基維茨説，超級拋射和超級耀斑與太陽的磁場有關，當磁場因為扭曲和拉伸需要釋放磁能時，就會產生超級拋射和超級耀斑。耀斑和日冕物質拋射之間的主要區別在於:耀斑主要發射x射線和紫外線，但日冕物質拋射實際上會從太陽拋射出物質。

傑基維茨表示，這些狂暴事件每年會造成數十億美元損失，包括停電、通信中斷和電力系統損壞等。“如果人類在月球上或火星上，那麼這種太空天氣導致的後果將更加嚴重。”

太陽化學成分仍有爭議

宇宙中一開始只有氫和氦，元素週期表上的所有其他元素都是在恆星內核合成的。傑基維茨説:“我們的太陽是在宇宙處於其壽命的大約2/3時形成的，因此其中的其他元素比宇宙早期出現的恆星更為豐富。”。

“太陽是我們銀河系內千億顆其他恆星以及其他星系內數萬億顆恆星的參考恆星。”傑基維茨進一步指出，“我們知道構成太陽的所有元素，但我們不知道它們的相對丰度，因此，太陽的化學成分仍存在爭議。這是很難測量的--即使對距離我們最近的恆星來説也是如此。”

傑基維茨總結説:“公平地説，我們非常瞭解太陽的質量、年齡、大小和總輻照度。我們知道它是如何演化成今天的‘模樣’，也知道它未來的命運。但我們對它的深層內部結構、磁場、週期變化和狂暴的噴射事件仍然知之甚少。”

據西班牙埃菲社5月初報道，配備4.2米鏡片和尖端技術的歐洲最大的太陽望遠鏡--歐洲太陽望遠鏡(EST)將於2024年在西班牙開始建造，並於2029年投入運行。2021年10月，中國首顆太陽探測衞星“羲和”號由長征二號丁運載火箭發射升空。2021年12月14日，美國國家航空航天局(NASA)科學家宣佈，“帕克”太陽探測器首次“觸摸”到太陽。

這些追逐太陽的“夸父”們，有望為人類揭示更多有關太陽的秘密。(◎ 劉 霞)

【來源:科技日報】

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