在太阳表面上方近 5000 公里处，太阳物理学家面临一个世纪之久的问题——恒星高层大气或日冕的温度为何比太阳可见表面的温度高数百倍？一个国际科学家团队通过大熊太阳天文台 (BBSO) 的 1.6 米古德太阳望远镜 (GST) 获得的新观测数据对这个通常被称为太阳日冕加热问题的问题有了新的答案，该天文台由 NJIT 的日地研究中心 (CSTR)。
在最近发表在《自然天文学》杂志上的一项研究中，研究人员揭示了从太阳上相对凉爽、黑暗和强磁化的等离子体区域发现的强烈波能，能够穿越太阳大气层并在内部保持一百万开尔文的温度电晕。
数百万度的太阳日冕等离子体发射的极端紫外线。 图片来源：美国宇航局太阳动力学天文台 (SDO) 航天器上的大气成像组件 (AIA)
研究人员表示，这一发现是解开与地球最近的恒星有关的一系列相关谜团的最新关键。
“日冕加热问题是太阳物理学研究中最大的谜团之一。 它已经存在了近一个世纪，”该研究的合著者、BBSO 主任、新泽西理工学院物理学教授曹文达说。 “通过这项研究，我们对这个问题有了新的答案，这可能是解决太阳大气中能量传输和耗散以及太空天气性质等许多令人困惑的问题的关键。”
利用 GST 独特的成像能力，袁鼎领导的团队能够初步捕捉到太阳上最黑暗和最冷区域（称为太阳黑子本影）的横向振荡。当恒星的强磁场抑制热传导并阻碍能量从更热的内部向可见表面（或光球层）供应能量时，就会形成这种黑暗的太阳黑子区域，那里的温度达到大约 5000 摄氏度。
为了进行调查，该团队测量了 BBSO 的 GST 在 2015 年 7 月 14 日记录的活跃太阳黑子中检测到的众多黑暗特征的相关活动——包括磁场强度超过 6000 倍的太阳黑子本影内等离子原纤维的振荡横向运动 比地球的。
NJIT-CSTR 太阳物理学研究教授、BBSO 资深科学家 Vasyl Yurchyshyn 解释说：“原纤维呈锥形结构，典型高度为 500-1000 公里，宽度约为 100 公里。” “它们的寿命从两到三分钟不等，它们往往会重新出现在本影最黑暗部分的同一位置，那里的磁场最强。”
“这些黑暗的动态原纤维已经在太阳黑子本影中观察了很长时间，但我们的团队第一次能够检测到它们的横向振荡，这是快波的表现，”曹说。 “强磁化原纤维中这些持久且无处不在的横波通过垂直拉长的磁导管将能量向上带走，并有助于加热太阳上层大气。”
通过对这些波的数值模拟，该团队估计所携带的能量可能比太阳上层大气活动区等离子体中的能量损失强数千倍——耗散的能量比保持所需的加热速率高四个数量级。 提高日冕中炽热的等离子体温度。
“在太阳上到处都检测到各种波，但通常它们的能量太低而无法加热日冕，”Yurchyshyn 说。 “在太阳黑子本影中检测到的快波是一种持久而有效的能源，可能是加热太阳黑子上方日冕的原因。”
目前，研究人员表示，这些新发现不仅彻底改变了我们对太阳黑子本影的看法，而且为推进物理学家对能量传输过程和日冕加热的理解提供了又一个重要步骤。
然而，关于日冕加热问题的问题仍然存在。“虽然这些发现是朝着解开这个谜团迈出的一步，但来自太阳黑子的能量通量可能只是加热那些植根于太阳黑子的环路的原因，”曹说。“与此同时，还有其他与热日冕环相关的无黑子区域仍有待解释。我们期望 GST/BBSO 将继续提供最高分辨率的观测证据，以进一步解开我们恒星的谜团。”