使用派克太阳能探测器解决太阳的超级加热之谜

它是周围最伟大，最长时间运行的谜团之一，从字面上看，我们的太阳 - 为什么它的外层大气比它的火热表面更热?

密歇根大学的研究人员相信他们有答案，并希望在

NASA派克太阳能探测器的帮助下证明这一点。

在大约两年的时间里，探测器将成为第一个进入太阳周围区域的人造船，这里的加热看起来与以前在太空中看到的基本不同。这将使他们能够测试他们的理论，即加热是由于在区域内来回传播的小磁波引起的。

解决这个谜题将使科学家能够更好地了解和预测太阳天气，这可能对地球电网构成严重威胁。第一步是确定太阳外层大气的加热开始和结束的位置 - 一个不缺乏理论的谜题。

“无论这种过热背后的物理学是什么，这是一个让我们盯着眼睛看500年的难题，”密歇根大学气候与空间科学教授，帕克任务的首席研究员贾斯汀卡斯帕说。“再过两年，派克太阳能探测器终于揭开了答案。”

UM理论，以及团队将如何使用派克进行测试，在“天体物理学杂志快报”上发表的一篇论文中进行了阐述。

在太阳表面上方的“优先加热区”，温度总体上升。更奇怪的是，单个元素被加热到不同的温度，或者优先。一些较重的离子被过热，直到它们比该区域中的任何地方的氢气温度高10倍 - 比太阳的核心更热。

如此高的温度导致太阳大气膨胀到太阳直径的许多倍，这也是我们在日食期间看到延伸电晕的原因。从这个意义上讲，卡斯帕说，即使高温仅在上个世纪得到升值，天文学家也可以看到日冕加热之谜超过半个千年。

同一区域的特征是在其最外边缘和太阳表面之间来回移动的水力“Alfvén波”。在最外层，称为阿尔法(Alfvén)点，太阳风比阿尔芬(Alfvén)速度移动得更快，波浪不再能够返回太阳。

“当你低于阿尔弗芬点时，你就会陷入这波浪中，”卡斯帕说道。“带电粒子被来自各个方向的波浪偏转和加速。”

在试图估计太阳表面距离这个优先供暖停止的距离时，U-M的团队研究了美国宇航局风太空船几十年来对太阳风的观测。

他们观察了当太阳风离开地球时，太阳风中的离子之间的碰撞会淹没靠近太阳的氦气升温量。观察氦气温度衰减使他们能够测量到区域外边缘的距离。

卡斯帕说：“我们把所有的数据都当作秒表来判断自风过热以来已经过了多长时间。” “因为我知道风的移动速度有多快，我可以把信息转换成距离。”

这些计算使过热区的外边缘距地面大约10到50个太阳半径。由于某些价值观只能被猜到，所以不可能更加明确。

最初，卡斯帕没有想到将他对该区域位置的估计与阿尔弗万点进行比较，但他想知道在太空中是否存在一个物理上有意义的位置，产生了外边界。

在看到Alfvén点和其他表面被观察到与太阳活动扩展和收缩后，Kasper和合着者Kristopher Klein，前UM博士后和亚利桑那大学新任教师，重新进行了他们的分析，看着年复一年改变而不是考虑整个风团。

“令我震惊的是，尽管完全独立的计算，优惠加热区和Alfvén点的外边界以完全可预测的方式同步移动，”卡斯帕说。“你过度绘制它们，随着时间的推移它们会做同样的事情。”

那么Alfvén点是否标志着加热区的外缘?在Alfvén点下，重离热重离子究竟发生了什么变化?我们应该在接下来的几年里知道。帕克太阳探测器于2018年8月升空，并于2018年11月首次与太阳会合 - 已经比任何其他人造物体更接近太阳。

在接下来的几年中，帕克将在每次传球时更接近，直到探测器低于阿尔芬角点。卡斯珀和克莱因在他们的论文中预测，随着太阳活动的增加，边界将随着边界的扩大而进入2021年的优惠供暖区。然后NASA将从源头直接获取信息，以回答各种长期存在的问题。

“通过派克太阳能探测器，我们将能够通过局部测量明确确定哪些过程会导致太阳风的加速和某些元素的优先加热，”Klein说。“本文的预测表明，这些过程在Alfvén地表下运行，这是一个靠近太阳的区域，没有航天器可以访问过，这意味着这些优先加热过程从未被直接测量过。”

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