2012年，《科学》杂志评选出当代天文学的八大未解之谜，“为什么日冕那么热”就是其中之一。近日，北大田晖教授与合作者在日冕加热领域取得重要进展，他们研究发现，日冕加热与太阳低层大气中的磁活动密切相关。
日冕温度应该比光球低
日冕是太阳的外层大气，亮度大约是太阳表面（光球）的百万分之一。19世纪中叶，人们通过对日全食的观测发现日冕当中存在着一条亮绿色的谱线。上世纪三四十年代，天文学家们确认这条谱线源自13次电离的铁离子，它的存在表明，日冕的温度高达百万度的量级，远远超过光球约5770度的温度。而根据热力学第二定律，如果日冕的热量是太阳内部经由光球往外传来的，离太阳核心越远温度应该越低，那么它的温度应低于光球，事实却与这恰恰相反。
如此高温的日冕是如何产生和维持的？这就是日冕加热的问题，它是太阳物理和空间物理领域长期以来未能解决的难题之一，并于2012年和暗物质、暗能量等一起被《科学》杂志选为当代天文学的八大未解之谜之一。
高温或可归因于“加热针”
北京大学田晖教授及其合作者长期从事日冕加热的相关研究工作。近年来，基于对高分辨率太阳观测数据的详细分析，他们发现，太阳低层大气里小尺度的普遍性喷流，可能在日冕和太阳风的物质和能量供应中起到了非常重要的作用。这些普遍性喷流中，最典型的当属位于光球和日冕之间的所谓针状物。这些针状物的直径通常只有200千米左右，它们就像喷泉一样间歇性地从太阳表面往外喷射到日冕中。
经估计，太阳表面上时时刻刻都存在着约百万个针状物，其产生和传输过程很可能是理解日冕加热的关键。
田晖课题组与大熊湖天文台通力合作，利用新一代古迪太阳望远镜对太阳宁静区针状物的产生机制和加热过程进行了成功的观测，发现了磁活动与针状物间紧密联系。这些针状物通常产生于太阳上一种对流单元边界处的强磁场区域（称为网络组织）附近。当网络组织附近出现相反极性的小尺度弱磁场结构时，通常便会产生针状物。
这些观测结果为磁重联驱动针状物的观点提供了迄今为止最强有力的支持，它表明至少一部分针状物是由磁重联过程所产生的。
“加热针”由“磁”而来
过去对太阳边缘和日面活动区（黑子周围区域）的少数观测显示，太阳低层大气的喷流能导致局地日冕的加热。本次对日面上最普遍的宁静区的观测表明，针状物被加热到日冕温度是一种普遍现象，研究日冕加热不能不考虑针状物的贡献。
这一研究成果重新梳理了日冕加热的研究思路。过去，大家通常仅仅在日冕观测中寻找加热的蛛丝马迹，相关理论研究也基本全是探讨日冕中的物理过程。而这一成果表明，日冕加热与太阳低层大气中的磁活动密切相关，要揭开日冕加热的神秘面纱，必须要关注能量和物质从低层大气往外传输的过程，亦即需要着眼于太阳各层大气之间的耦合。
目前，团队相关成果已发表在《科学》杂志，这一研究成果也将促进日冕加热和磁重联的有关理论和数值模拟研究。
来源：北京晚报 记者：任敏
