新技术拍下日冕的图像带来了理论突破

新技术拍下日冕的图像带来了理论突破

利用超长时间曝光和其它复杂的处理技术，科学家们拍摄到了太阳外层大气的高保真图像——那里我们称之为日冕——并发现了以前从未被观测到过的精妙细节。

恒星是一个复杂的对象，随着帕克太阳探测器进入状态，我们即将了解它更多的信息。但是，如西南研究所(SwRI)的科学家刚刚证明的那样，在地球上的我们也可以做出很多事情。

该团队使用NASA发射的太阳和陆地关系观测卫星—A(STEREO-A)上COR-2日冕仪来研究太阳外层大气活动的细节。

该仪器使用所谓的遮挡光盘来拍摄恒星大气的图像——放置在镜头前方的光盘阻挡了太阳光，因此光线不会淹没等离子体中的细微细节。

日冕的温度非常高，比太阳表面5800开尔文的温度还要热得多，介于100万至300万开尔文之间。它也是太阳风的来源：从太阳向四面八方喷涌出的恒定带电粒子流。

当在地球附近对太阳风进行测量时，我们地球的磁场与之交织在一起发生复杂的作用，而且我们也无法提前预知太阳风的发生。

“在太空深处，太阳风是湍流形态和间歇式迸发的。”SwRI的恒星物理学家Craig DeForest说。

“但是它是怎么做到的？它一开始离开太阳时还很顺滑，在穿越空间时开始变得汹涌？又或者太阳本身就是迸发式的喷出一股股高能粒子？”

如果湍流就发生在太阳处，那么我们应该能够看到日冕中的复杂结构，但先前的观测结果并没有显示出这样的结构。

相反，以前的恒星成像技术都显示，日冕是光滑的层状结构。现在，事实表面并非如此。它就在那里，但我们因为分辨率不足而看不到它们。

“使用新技术提高了图像的保真度，我们意识到日冕并不光滑，反而结构复杂，充满变化，”DeForest解释说。“我们认为每一种结构都是由更小的结构组合而成，日冕远比我们想象的更具活力。”

为了获得高清图像，研究小组开展了一项为期三天的特别计划，其中比平时更频繁地使用仪器，曝光时间也更长，从而可以通过日冕仪检测到更多来自微弱光源的光线。但这只是整个项目的一部分。

尽管遮光盘在滤除太阳的强光方面做得很好，但是周围空间和仪器本身仍然存在着大量的噪音干扰。

显然，由于STEREO-A被布置在太空轨道中，更换硬件这一选项先被排除，因此DeForest和他的团队开发出了一种识别和消除噪声的技术，大大提高了数据的信噪比。

他们开发了新的滤波算法，将日冕信号与噪声分离，并调整亮度。同时，或许是更具挑战性的工作，他们还修正了由太阳风运动导致的模糊效果。

研究小组取得了一些突破性的发现。他们发现冠状流线——可以喷发日冕物质的磁环，将等离子体和粒子射入太空——其结构比之前想象的要复杂得多。

“没有单一的磁力流线。”DeForest说。 “流线本身由无数细股组成，搅匀在一起产生更明亮的特征。”

他们还发现并没有Alfvén表面这样的东西——一个理论上的片状边界，太阳风穿越它达到临界速度，然后从太阳身边逃离，进入深空。

相反，DeForest说，“有一个宽泛的’无人区’或’Alfvén区’，太阳风逐渐与太阳分离，而没有一个明确的边界。”

但这项研究也发现了新的谜团。在大约10个太阳半径的距离处，太阳风的特征突然发生了变化。但当它离开此处前进到更远的距离后，就又恢复到正常的状态，这表明在10太阳半径处发生了一些有趣的物理过程。

弄清楚其中的奥秘，可能需要帕克的帮助，这也是后续研究的关键。在8月份，帕克将进入日冕中。

同时，该团队的研究论文已发表在《天体物理学》上。

本文译自 sciencealert，由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

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