首页 >>年度报告 >>2012年度报告 >>第二部分 国家自然科学基金项目成果巡礼


—— 第二部分 国家自然科学基金项目成果巡礼 ——

  太阳的辐射能量源自于其内部不断进行的热核反应,因而,从太阳中心一直往外,温度应该是不断降低。但是太阳的外层大气却具有反常的温度分布,太阳大气温度从光球之上的4600K(温度极小区)缓慢上升到光球之上2000公里处的几万度色球温度,再从色球边缘往上陡升至百万度以上的日冕温度。究竟是什么原因造成了日冕反常增温一直是太阳物理学悬而未决的难题之一,这也就是所谓的“日冕加热问题”,该问题与暗物质、暗能量等问题一起被《科学》杂志列为天体物理中8大难题之一。国际上重大的太阳观测设备的研制无一不是以“日冕加热问题”作为主要的科学目标之一,譬如日本2006年发射的“日出卫星”,其设计就专门针对“日冕加热问题”。“日冕加热问题”也是美国国家航空航天局(NASA)于2010年发射的“太阳动力学卫星(SDO)”的重要科学目标之一。

  中国科学院紫金山天文台季海生研究员与美国大熊湖天文台曹文达副教授和戈迪教授(台长)合作,以美国大熊湖天文台新建成的国际最大口径(1.6米)的太阳光学望远镜(NST:New Solar Telescope)及其自适应光学系统等设施作为观测平台, 利用中科院天文与光学技术研究所自行研制的氦1083纳米谱线滤光器,在国际上首次利用该谱线对太阳进行了高分辨率成像观测。选择该谱线进行高分辨率观测的原因是:该谱线形成于太阳色球上层,激发能态高,光学薄(半透明),由此,有望清晰观测到联系低温光球和高温日冕的纽带。

  他们对太阳上的一个活动区进行了观测(图2的方块区域),图4给出了其中一幅该活动区在氦1083纳米谱线的最高分辨率图像,图中细长的黑色部分为他们首次发现的尺度为100公里超精细的磁流管结构,黑色代表了20000度的吸收物质,这些磁流管连接了太阳光球上的磁场正极区域和负极区域。由于该谱线是光学薄的,利用该谱线的高分辨率观测能够同时观测到光球上的米粒结构(图4中的背景)。图3放大了图4的方块区域,图5为同一区域同时观测到的光球图像,背景中的网络结构为光球米粒之间的边界。我们可以明确无误的看出,其中的一个超精细磁流管(表现为细长的黑色吸收)扎根于对流米粒之间。NASA发射的“太阳动力学卫星”的同时的高温(百万度)观测(图1),该磁流管被认证为高温物质和能量外流的超精细通道。

  由于类似的小事件到处都是,这一发现从根本上回答了加热日冕的能量来自光球的何处。其中的物理过程是:光球米粒不断的对流运动将磁场挤压到米粒之间,形成米粒间小尺度强磁场,米粒间小尺度强磁场中的活动产生了高温物质和能量的外流。

  这一成果发表在2012年5月的The Astrophysical Journal Letters。文章发表不久,NASA即对本成果的作者之一戈迪教授进行了专门的采访和网上新闻发布,上述发现有望彻底解决长期困扰天文界的“太阳日冕加热问题”。

  该研究得到科学基金重点项目和创新研究群体项目的资助。

版权所有:国家自然科学基金委员会 京ICP备05002826号
Copyright 2005 NSFC, All Right Reserved