天文学家发现了冠冕加热之谜的新线索

界面区域成像光谱仪（IRIS）的这张图片显示了太阳过渡区域（表面与外部电晕之间的大气层）中热等离子体（T〜80,000-100,000 K）的发射。上部中心处明亮的C形特征显示了热冠冕环的足迹变亮，这是由纳米耀斑加速的高能电子产生的。垂直的暗线对应于光谱仪的狭缝。图像被颜色编码以显示波长为1400埃的光。每个像素的大小对应于太阳上约120公里（75英里）。

利用最近发射的界面区域成像光谱仪的观测结果，天文学家发现了日冕加热之谜的新线索。

马萨诸塞州剑桥市-为什么太阳的百万度电晕或最外面的大气比太阳的表面热得多？这个问题困扰了数十年的天文学家。今天，由哈佛-史密森天体物理学中心（CfA）的Paola Testa领导的一个团队正在使用最近发布的界面区域成像光谱仪（IRIS）的观测结果，为日冕加热的神秘现象提供新的线索。研究小组发现，至少在太阳日冕的某些最热部分中，称为“ nanoflares”的微型太阳耀斑以及它们产生的快速电子可能是这种热量的来源。

当一片太阳光在所有波长的光下都急剧变亮时，就会发生太阳耀斑。在耀斑期间，太阳等离子体在几秒钟或几分钟内被加热到数千万度。耀斑还可以将来自太阳等离子体的电子（和质子）加速到光速的很大一部分。这些高能电子在到达地球时可能会产生重大影响，造成巨大的极光，但也会干扰通信，影响GPS信号并损坏电网。

那些快速的电子也可以通过被称为纳米耀斑的按比例缩小的耀斑产生，这种耀斑的能量比常规太阳耀斑的能量低约十亿倍。Testa说：“这些纳米耀斑以及可能与它们相关的高能粒子很难研究，因为我们无法直接观察它们。”

Testa和她的同事发现，IRIS通过观察冠状loop的脚位，提供了一种新的方式来观察纳米耀斑的迹象。顾名思义，冠状环是热等离子体的环，从太阳表面延伸到日冕，并在紫外线和X射线中明亮地发光。

IRIS在这些回路中没有观察到最热的日冕血浆，其温度可能达到几百万度。取而代之的是，它会在自己的脚下检测到来自较冷等离子体（约18,000至180,000华氏度）的紫外线。即使IRIS不能直接观察日冕加热事件，当它们在循环的脚点处显示为短暂的小规模变亮时，它也会揭示出这些事件的痕迹。

来自NASA太阳动力学天文台的大气成像组件的这张图像是与IRIS观测同时拍摄的。它显示了太阳活动区中热冠冕环（T> 5百万K）的发射。IRIS观察到在这些热循环的脚点处出现了变亮现象。图像被颜色编码以显示94埃波长的光。每个像素的大小对应于太阳上约430公里（270英里）。

该团队使用IRIS高分辨率紫外线成像和这些脚点发亮的光谱观察推断出高能电子的存在。他们使用计算机模拟对回路中限制的等离子体对高能电子传输的能量的响应进行建模。模拟表明，能量可能是由以光速约20％传播的电子沉积的。

IRIS的高空间，时间和光谱分辨率对发现至关重要。IRIS可以分辨尺寸仅为150英里的太阳能特征，具有几秒钟的时间分辨率，并且具有能够测量每秒几英里的等离子流的光谱分辨率。

找到与大耀斑无关的高能电子表明，日晕至少部分地被纳米耀斑加热了。新的观测结果与计算机建模相结合，还帮助天文学家了解电子如何被加速到如此高的速度和能量，这一过程在从宇宙射线到超新星残余的各种天体物理学现象中都起着重要作用。这些发现还表明，尽管纳米耀斑的能量比大型太阳耀斑的能量低约十亿倍，但它们却是强大的天然粒子加速器。

“就像科学一样，这项工作提出了一系列全新的问题。例如，纳米火炬多久发生一次？无火晕电晕中的高能粒子有多常见？与更大的耀斑相比，这些纳米耀斑的物理过程有何不同？”德斯塔说。

报告这项研究的论文是《科学》杂志以IRIS发现为重点的特刊的一部分。

哈佛史密森天体物理学中心（CfA）总部位于马萨诸塞州剑桥，是史密森尼天体物理观测站与哈佛大学天文观测站之间的联合合作。CfA科学家分为六个研究单位，研究宇宙的起源，演化和最终命运。

出版物：P. Testa等人，“被纳米火炬脉冲加热的冠状环中非热粒子的证据”，《科学》，2014年10月17日：卷346号6207； DOI：10.1126 / science.1255724

图片：NASA / IRIS； NASA / SDO