“日冕加熱”難題被破解
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近日,中國原子能科學研究院聯合北京師范大學等高校及科研院所,首次完整演示納耀斑通過磁重聯加熱日冕的物理過程,為“日冕加熱”這一長期未解的重大科學問題提供了首個實驗室定量基准,這對理解恆星大氣中的能量釋放機制及其對行星空間環境的影響具有重要科學意義。
按照常識,距離熱源越遠,溫度越低。然而,太陽上出現了一個反常識現象:太陽內部核心區溫度約為1000多萬攝氏度,但作為太陽大氣的最外層,日冕的溫度卻高達上百萬攝氏度,遠遠高於溫度約為5000多攝氏度的光球層(人類肉眼看到的太陽表面)。“日冕不僅是一團熾熱的氣體,還是太陽風的發源地,耀斑、日冕物質拋射等劇烈活動都發生在這裡。這些活動共同塑造了空間天氣,直接影響衛星、通信、導航等系統設備的安全穩定運行。”中國原子能科學研究院副研究員孫偉介紹,“日冕加熱”問題不僅是當代天文學的未解之謎,也是國際研究的前沿熱點問題之一。
此次研究過程中,研究團隊利用SG-II激光裝置開展系列實驗,通過強激光輻照調制靶,在實驗室內產生磁重聯現象。根據光譜測量結果,確定磁重聯現象附近溫度切實升高﹔通過數據模擬確認,人為關閉磁場產生機制后增溫隨即消失,進一步証實磁重聯是反常增溫的主導機制。實驗與分析表明,實驗條件與日冕的無量綱參數相當,証明此類過程的累積加熱可支撐日冕百萬度高溫。此外,該研究所揭示的磁重聯能量轉換機制和採用的診斷技術,可為理解聚變實驗中的磁場能量釋放提供參考,在慣性約束聚變等核工業相關領域具有重要應用前景。
孫偉表示,該研究成果為空間天氣基礎研究提供了新的實驗手段。在實驗室裡摸清日冕的加熱機制,有助於摸准太陽的“脾氣”,進一步提升空間天氣預報模型的准確度,為相關設備預留更充裕的防護時間。(記者 張曉華)
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