存在于太阳大气中的松散等离子体束可能是视错觉？

新的研究挑战了长期以来关于太阳大气结构的假设。

许多日冕环——存在于太阳大气中的松散等离子体束——实际上可能是视错觉，该论文挑战了关于我们对太阳已知和未知的普遍假设。

这项由美国国家大气研究中心 (NCAR) 领导并发表在《天体物理学杂志》上的研究依赖于对太阳日冕的尖端、逼真的 3D 模拟。

几年前在 NCAR 进行的模拟允许科学家将日冕分成不同的部分，以隔离单个日冕环。

他们发现许多循环根本不是循环。

虽然研究小组能够确定他们正在寻找的一些日冕环，但他们还发现，在许多情况下，拍摄的太阳图像中看似环的东西实际上可能是太阳大气中璀璨等离子体的皱纹。

当璀璨的等离子片相互折叠时，这些褶皱看起来像璀璨的细线，模仿了不同且独立的等离子束的外观。

研究小组将这些发现称为“日冕面纱”假说，这对我们了解太阳有着主要的意义，因为假定的日冕环数十年来一直被用作推断太阳大气密度、温度和其他物理特征信息的一种方法。

这项研究由NASA资助，包括来自NCAR高空天文台、洛克希德·马丁太阳和天体物理实验室、西南研究所和NASA戈达德的合作者。

NCAR是由国家科学基金会赞助的。

挑战直觉

在极紫外光下拍摄的太阳图像中可以看到似乎是日冕环。

它们存在的假设对科学家来说是很自然的假设，因为它符合我们对磁性的最基本理解。

大多数学童都曾见过将铁屑撒在条形磁铁附近会发生什么。

锉屑沿着从条形磁铁的一极到另一极的磁力线定向。

这些弯曲线散开，离磁铁越远，越弱，密度越小。

太阳图像中明显的日冕环看起来非常相似，并且由于太阳中有一个显着的磁场，因此可以在它们之间捕获一条等离子体绳并产生环的磁场线的存在似乎是一个明显的解释。

事实上，新的研究证实了这样的循环可能存在。

然而，根据我们对磁体的理解，在太阳上看到的日冕环从未像它们应该的那样表现得完全一致。

例如，科学家预计太阳上的磁场线会散开，就像在铁屑实验中一样，当你在日冕中移动得更高时。

如果发生这种情况，被困在场线之间的等离子体也会在边界之间扩散，形成更厚、更不亮的环路。

但是太阳的图像并没有显示出这种现象。

相反，更远的环仍然显得又薄又亮。

这些环是冠状面纱中的皱纹的可能性有助于解释这一点和其他与我们对环的预期的差异——但它也提出了新的问题。

例如，什么决定了褶皱的形状和厚度？太阳图像中有多少明显的环实际上是真正的链，有多少是视错觉？

创新模型提供了太阳的新视角

得益于 MURaM，日冕环可能是错觉的发现成为可能，MURaM 是一种辐射磁流体动力学模型，在 NCAR 的领导下，该模型已扩展到模拟太阳日冕。

几年前，由洛克希德马丁太阳能和天体物理实验室领导的一组研究人员使用 MURaM 对日冕进行了极其详细的模拟。

该模拟在第一次产生时具有开创性，因为它能够同时模拟太阳多个区域发生的情况，从对流带的上部（太阳表面以下约 10,000 公里）到太阳表面及更远的地方，进入太阳日冕近 40,000 公里。

太阳的这些不同区域涵盖了广泛的物理条件，包括密度和压力的差异，因此科学家们以前没有找到一种方法来在统一的模拟中以数学方式表示这些区域。

在其他结果中，新的模拟第一次能够捕捉到太阳耀斑的整个生命周期，从太阳表面下方的能量积累到表面耀斑的出现，最终到爆炸释放活力。

该模型还生成了包含磁场和等离子体结构的 3 维数据集，可用于生成“合成”观察结果。

因为日冕在光学上很薄——这意味着它相对容易看穿——日冕中的结构在太阳图像中相互重叠。

这使得很难判断与其他循环重叠的“循环”是在前面还是后面。

也很难判断环本身是否具有紧凑的横截面，如花园软管，或者类似于一条长长的带状边缘。

也有可能看起来很细的股线可能是由一片璀璨等离子体中的折叠引起的光学伪影。

MURaM 产生的数据立方体为科学家们提供了剖析太阳大气和区别研究重叠结构的机会，这是我们目前拥有的天文台和仪器无法实现的。

虽然 MURaM 模拟是有史以来最真实的日冕模拟之一，但它仍然只是一个模型。

了解有多少日冕环实际上是视错觉，需要精心设计的探测日冕的观测方法和新的数据分析技术。

“我们知道设计这样的技术将极具挑战性，但这项研究表明，我们目前解释太阳观测的方式可能不足以让我们真正了解我们太阳的物理特性。

”马拉努申科说。