吹泡泡與太陽噴流

太陽大氣與日冕加熱現象

太陽是宇宙中離我們最近的一顆恆星，無數太陽物理學家們孜孜以求，想弄清它的廬山真面目。但是，太陽表面的超高溫阻礙了我們對它的詳細探究。好在研究人員可以利用高解析度太陽望遠鏡對它遙感成像，拍出太陽外層，也就是太陽大氣（由密度比極低的等離子體氣體組成）的樣子，從而對它略窺一二。

太陽大氣由內而外，大概可以分為四層，分別為光球、色球、過渡區、日冕，沿著這四層大氣等離子密度不斷下降，但溫度不斷攀升，從光球至日冕，溫度由不到六千度急劇升高至百萬度以上，這就是著名的日冕加熱現象，也是目前太陽上的一個謎，是太陽物理的基本問題之一。

太陽爆發活動與磁重聯

加熱日冕的一個可能原因，就是發生在太陽大氣中的眾多爆發性活動。觀測發現，太陽大氣十分活躍，整個太陽表面存在各種類型、各種尺度的爆發性活動，例如噴流、暗條爆發、耀斑、日冕物質拋射等。

這些爆發性活動受磁場控制，譬如噴流，由低層大氣的不穩定的磁結構向上爆發升起，並受準直的開放磁場約束，表現為準直的噴射流。

能釋放並製造這樣一次活動的能量我們稱之為磁自由能。這些自由能被存儲在特定的磁結構中，這些磁結構普遍紮根於光球，懸浮於光球以上的低層大氣，到一定程度或受到某種原因刺激，磁結構會失去穩定，向外膨脹爆發，釋放出的自由能會加熱加速周圍的等離子體。研究認為，爆發磁結構內部磁自由能的積累普遍與下方持續的光球表面流有關，而磁自由能的突然釋放與磁化等離子中一重要物理過程即磁重聯有關。

磁重聯，直觀上描述為相反方向磁力線相互靠近、斷開再重新連接的物理過程，是天體等離子體中磁能轉化粒子動能、熱能的特殊方式。磁重聯也是太陽物理研究的核心目標之一，磁重聯具體是以什麼樣的方式影響太陽大氣活動是大家長期關注的問題。

震蕩磁爆破重聯觸發太陽噴流

在國際期刊《天體物理雜誌》近期發表的一篇文章中，雲南天文台太陽物理研究組副研究員洪俊超報告了磁重聯是如何觸發太陽噴流的。

他研究了發生於2014年11月16號太陽活動區12209附近的噴流，該噴流被太陽動力學天文台（SDO）和太陽過渡層成像光譜儀（IRIS）兩顆空間望遠鏡同時觀測到。

利用SDO提供的日冕極紫外多波段成像觀測和光球磁圖，以及IRIS提供的過渡區遠紫外高空間解析度成像觀測，洪俊超發現該噴流受振蕩磁爆破重聯觸發。

圖1 白色明亮的部分是2014年11月16號太陽活動區12209附近的噴流

很多人可能都吹過肥皂泡/氣球或者看過小朋友吹肥皂泡/氣球。如果把爆發磁結構比喻成一個不斷膨脹的肥皂泡，那麼光球層的表面運動將能量注入磁結構，就好比一個人在不斷地吹肥皂泡，當肥皂泡內部的壓力足夠大就會爆炸。當然，如果提前拿尖銳的東西去戳破繃緊的肥皂泡表面，肥皂泡也會爆炸。不同之處是，泡泡最終向四面八方爆炸，噴流受周圍開放磁場約束，只能沿磁場方向準直地爆出去。

圖2 吹肥皂泡過程類似於太陽大氣中磁結構的不斷膨脹與自由能積累，用一個尖銳的東西刺破肥皂泡表面類似於磁爆破重聯（圖片來源於網路）

觸發噴流的磁爆破重聯就類似於這一過程，即磁爆破重聯打開了束縛爆發磁結構（微暗條）的外界磁場，從而導致微暗條失衡爆發，並進一步加劇磁爆破重聯，最終產生顯著的噴流現象。

如果情況更複雜一點，存在兩個氣球，一個內部壓力加大，表面綳的更緊，一個內部壓力較小，表面較鬆弛。我們拿一根鉛筆先戳較鬆弛柔軟的氣球，氣球沒有爆炸，再去戳另一個綳的更緊的氣球，該氣球立即爆炸了並引發相鄰的氣球跟著爆炸。這就是兩個相鄰微暗條爆發通過震蕩磁爆破重聯最終形成噴流的情形。

磁重聯初期（電流片C1），相應底下的微暗條F1並沒有立即爆發，最終通過太陽大氣中自發的振蕩重聯機制重聯發生反轉（電流片變為C2），導致隔壁的微暗條F2立即爆發，最終F2的爆發引起F1一起爆發，形成了上述動畫中的噴流事件。

圖3 圖中背景為太陽光球磁圖，白色區域表示正極，黑色區域表示負極。粗黑的線條F1和F2表示兩個相鄰的微暗條懸浮在當地光球上方。C1和C2表示磁爆破重聯振蕩前後的電流片。

這是研究人員首次對太陽噴流與振蕩磁爆破重聯的詳細觀測解釋。

來源：中國科學院雲南天文台

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