天文学家成功开发新模型 以解决“太阳问题 ”的一部分

一个来自瑞士日内瓦大学（UNIGE）的天文学家团队与列日大学合作，开发了一个新的理论模型，解决了部分问题：考虑到太阳的旋转（随时间变化）和它产生的磁场，他们已经能够解释太阳的化学结构。这项研究的结果发表在《自然-天文学》杂志上。

“太阳是我们能够最好地描述的恒星，所以它构成了对我们理解恒星物理学的一个基本测试。”UNIGE天文学系的研究员、该研究的第一作者Patrick Eggenberger解释说：“我们有对其化学元素的丰度测量，也有对其内部结构的测量，就像对地球的测量一样。”

这些观察结果应该与旨在解释太阳演变的理论模型所预测的结果一致。太阳是如何在核心部位燃烧其氢气的？能量是如何在那里产生，然后被输送到表面的？在旋转和磁场的影响下，化学元素如何在太阳内部漂移？

“到目前为止，我们使用的标准太阳模型以一种非常简化的方式考虑我们的恒星，一方面是关于化学元素在最深层的传输，另一方面是关于旋转和内部磁场，这些都是到现在为止被完全忽视的，”UNIGE天文学系的研究员、该研究的共同作者Gaël Buldgen解释说。

然而，一切都很顺利，直到21世纪初，一个国际科学小组通过改进分析，对太阳丰度进行了大幅度的修订。新的丰度在太阳建模的领域引起了争议。从那时起，没有一个模型能够重现通过日震学（对太阳震动的分析）获得的数据，特别是太阳包层中的氦的丰度。

一个新的模型以及旋转和磁场的关键作用

由UNIGE团队开发的新太阳模型不仅包括旋转的演变，这在过去可能更快，而且还包括它所产生的磁不稳定性。“我们绝对必须同时考虑旋转和磁场对我们恒星模型中化学元素传输的影响。鉴于对地球上的生命至关重要的化学元素是在恒星的核心中熟化的，它对太阳以及一般的恒星物理学都很重要，并对宇宙的化学演化有直接影响，”Patrick Eggenberger 说。

新模型不仅正确地预测了太阳外层的氦的浓度，而且还反映了锂的浓度，而锂的浓度直到现在还抵触模型。“新模型正确地再现了氦的丰度，因为由磁场施加的太阳内部旋转产生了湍流混合，防止这种元素过快地落向恒星的中心；同时，在太阳表面观察到的锂的丰度也得到了再现，因为这种同样的混合将它运送到热区，在那里它被破坏，” Patrick Eggenberger解释道。

问题并没有完全解决

然而，新的模型并没有解决日震学提出的所有挑战。“多亏了日震学，我们知道在太阳表面以下199,500公里的哪个区域开始了物质的对流运动。然而，太阳的理论模型预测深度偏移为10,000公里！”UNIGE的研究员和该论文的共同作者Sébastien Salmon解释说。如果这个问题在新模型中仍然存在，那么它打开了一扇新的理解之门。“由于新的模型，我们阐明了可以帮助我们解决这一关键差异的物理过程。”

Gaël Buldgen说：“我们将不得不修改我们迄今为止所研究的太阳型恒星的质量、半径和年龄，”他详细介绍了接下来的步骤。的确，在大多数情况下，太阳物理学被移植到接近太阳的案例研究中。因此，如果分析太阳的模型被修改，这种更新也必须对与我们类似的其他恒星进行。

Patrick Eggenberger明确指出：“如果我们想更好地描述行星的宿主星，例如在PLATO任务的框架内，这一点就特别重要。”这个由24台望远镜组成的观测站应该在2026年飞往拉格朗日点L2（距离地球150万公里，与太阳相对），以发现和描述小行星，并完善其宿主星的特征。