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你知道吗,太阳上也会下雨

它是太阳上最古老的谜团之一:为什么这个发光等离子球体的过热地表实际上比它的外层大气更冷,后者也被称为日冕。

科学家现在对这个问题有了新的见解,答案隐藏在太阳的某个奇异现象中,以前从未像现在这样被观察到:在新发现的、称为Raining Null Point拓扑磁性结构中,有大量的等离子雨滴降下。

在地球上,水蒸发变成蒸汽,升入大气层,然后冷却化为雨水,这是一种有效的水循环过程。

在太阳的炎热表面上,类似的循环过程控制着所谓的日冕雨在太阳耀斑中,过热的等离子体从表面蒸腾,沿着看不见的磁环,升到太阳大气中。

当这种等离子体在远离太阳的过程中被冷却时,它会形成一种火热的降雨弧,凝聚后沿着看不见的磁场路径下降到光球层。

基本上,地球和太阳都有降雨,只是遵循不同的冷却过程。

美国天主教大学的太阳物理学家Emily Mason去年接受《科学新闻》采访时,介绍了她的初步研究:地球和太阳上的降雨过程所遵循的“物理学基本相同”。

如今,Mason的论文刚刚发表,它发现了一种前所未有的日冕雨:主要发生在一个意想不到的地方,并且与太阳物理学的新现象有关。

作为她在美国宇航局戈达德太空飞行中心工作的一部分,Mason正在研究被称为头盔状带流的巨大磁性结构中的日冕雨,这种结构可以延伸到距离太阳表面外一百万英里的地方。

连续几个月的寻找,Mason一无所获,但在美国宇航局太阳动力学天文台(SDO)的数据的帮助下,她确实发现了更接近太阳表面的更微小的磁环,其中似乎存在着等离子雨。

但只有当Mason与美国宇航局的研究人员分享这些数据时,才意识到那些较小规模的磁性结构——该团队称之为Raining Null Point拓扑结构(RNPTs)——是一种新的现象。

“我说,’等等……你在哪里看到它?’,”美国宇航局太阳能科学家Nicholeen Viall解释道, “’我认为以前没人见过这玩意!’”

据研究人员称,RNPT发生在太阳表面以上约50000公里高度。听起来似乎很宏大,但与Mason最初研究的头盔状带流相比,就渺小多了——只有磁性条带高度的2%。

较小的规模也可以解释一些关于日冕的事情。

“这些环路比我们想要的要小得多,”美国宇航局太阳物理学家Spiro Antiochos说,“所以这是在告诉你,日冕的加热效应比我们想象的更加局部化。”

新的研究结果并没有告诉我们RNPT如何使日冕的温度高于表面——现在仍然是假说——但这种等离子体现象及其持续的时间表明,它可能构成了答案的主要部分。

他们的论文解释说:“在所有观测中,这一结构的出镜率和降雨频率,为这种现象的普遍性提供了令人信服的支持。在所有情况里,看似相同的磁环上存在着持续数天的降雨,因此显然不是偶发性的现象。”

然而,奇怪的是,并非所有参与雨水循环的等离子体都会返回太阳。

在数据中,研究人员还瞥见了一种被称为磁性互换重连接的现象,即闭合磁环上的等离子体可能会离开环路,甚至成为引发太阳风的动力。

未来还需要更多的观测和研究,但RNPT可能是帮助科学家理解太阳的热量分布和等离子体流动差异的一个重要因素。

研究结果发表在《天体物理学快报》上。

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