困擾科學家多年的問題：為什麼太陽日冕的溫度是表面溫度的200倍？
普林斯頓等離子體物理實驗室的研究人員對日冕的極端熱量有了重大發現，並指出反射等離子體波可能是原因。這項突破涉及實驗和模擬方法，為揭開日冕溫度遠高於太陽表面這一長期謎團提供了重要線索。
新研究表明，反射等離子體波是日冕高溫的關鍵，這為支持這一理論提供了第一個實驗證據。 圖片來源：ESA &；NASA/太陽軌道器/EUI 小組；致謝： Lakshmi Pradeep Chitta，馬克斯-普朗克太陽系研究所
我們的太陽深藏著一個謎。 雖然太陽的表面溫度約為10,000 華氏度，但其外部大氣層–日冕的溫度卻高達約2 百萬華氏度–大約是太陽表面溫度的200 倍。 自1939 年首次記錄日冕的高溫以來，這種遠離太陽表面的溫度急劇上升的現象就一直困擾著科學家。 幾十年來，研究人員一直在努力揭示這種意想不到的升溫現象背後的機理，但這個謎團至今仍未解開。
不過，最近由美國能源部（DOE）普林斯頓等離子體物理實驗室（PPPL）研究員賽亞克-博斯（Sayak Bose）領導的團隊取得了突破性進展。 他們的研究結果表明，反射等離子體波很可能是加熱日冕洞的原因，而日冕洞是日冕中的低密度區域，具有延伸到行星際空間的開放磁場線。 這一發現標誌著在揭開我們最近恆星的一個最持久的謎團方面取得了重大進展。
在《天文物理學雜誌》上發表的論文的第一作者博斯說：”科學家們知道日冕洞有很高的溫度，但對造成加熱的基本機制卻不甚了解。我們的研究結果表明，等離子體體波反射可以完成這項工作。
顯示兩個日冕洞的圖像，描述為相對較暗的區域。 日冕洞是太陽外層大氣（即日冕）中密度和溫度較低的區域。 圖片來源：NASA/Goddard/SDO
揭開阿爾弗文波之謎
瑞典物理學家、諾貝爾獎得主漢內斯-阿爾弗文（Hannes Alfvén）首次預言了以他的名字命名的波，這種波類似於彈撥吉他弦的振動，只不過在這種情況下，等離子體波是由擺動的磁場引起的。
博斯和研究小組的其他成員利用加州大學洛杉磯分校（UCLA）大型等離子體裝置（LAPD）20 公尺長的等離子體柱，在模仿日冕洞周圍情況的條件下激發阿爾弗波。 實驗證明，當阿爾弗波遇到不同等離子體密度和磁場強度的區域時，就像它們在日冕洞周圍的太陽大氣中一樣，它們會被反射並向其源頭反向傳播。 外向波和反射波的碰撞會造成湍流，進而導致加熱。
實驗進展與模擬啟示
「物理學家長期以來一直假設阿爾芬波反射有助於解釋日冕洞的加熱現象，但一直無法在實驗室進行驗證或直接測量，”PPPL的訪問研究學者Jason TenBarge說，他也參與了這項研究。 “這項工作首次透過實驗驗證了阿爾芬波反射不僅是可能的，而且反射的能量足以加熱日冕洞。”
在進行實驗室實驗的同時，研究團隊也對實驗進行了電腦模擬，結果證實了阿爾夫文波在類似日冕洞的條件下發生了反射。博斯說：” 我們通常會進行多重驗證，以確保觀測結果的準確性，而進行模擬就是其中的一個步驟。阿爾芬波反射的物理學非常迷人和復雜！基礎物理實驗室實驗和模擬能極大地提高我們對太陽等自然系統的理解，這真是令人驚嘆。
編譯自/ SciTechDaily