综合新闻
首页 - 综合新闻
2020-05-25 来源:天文与空间科学学院

天文与空间科学学院最新成果揭示日珥奥秘

2020年5月25日,Nature Astronomy期刊发表南京大学天文与空间科学学院陈鹏飞课题组文章,揭示了太阳上的日珥精细结构及其动力学的形成机制。文章链接为 https://www.nature.com/articles/s41550-020-1094-3 

 

太阳大气中的日珥与地球真实大小对比图

太阳表面的温度只有6千度,而表面之上的日冕温度高达百万度。在这百万度的日冕中,经常悬浮着温度只有7千度左右的冷物质团,密度是周围日冕的100倍,就像飘浮在太阳上空的云朵。因为这种结构像太阳戴的耳环,故称之为日珥,如上图所示。它既是天文爱好者痴迷的观测目标,也是天文工作者感兴趣的研究对象。日珥的典型宽度大约为数倍地球大小,长度相当于几十倍地球大小。当突出在太阳边缘之外的日珥转到日面上时,它显现为暗黑的长条状结构,因此日珥也被称为暗条,如下图所示。

在日面上,日珥表现为暗黑条状结构,被称为暗条(由南京大学ONSET望远镜观测)

高分辨率的观测表明,日珥(或称为暗条)由很多细丝组成,如上图所示。更为有趣的是,这些细丝每时每刻都处在运动当中,一部分细丝向左运动,另一部分向右运动,两者交替出现。经过几十年的研究,目前已经大体清楚了日珥的主要形成机制:太阳表面6千度的冷物质被加热到百万度后蒸发到上面的日冕中,这些高温高密度物质非常不稳定,很快冷却到7千度左右,从而形成日珥。然而,目前仍然有几个问题困扰着天文工作者:(1)为什么日珥具有一丝一丝的精细结构?(2)为什么这些细丝总是交替沿着相反方向运动?(3)这些细丝是否示踪了当地的磁力线?

为了解决这些问题,课题组提出一个设想:太阳表面的湍流运动提供了一个随机加热作用,正是这些随机加热导致太阳表面物质向日冕的蒸发过程出现不均匀性,从而产生日珥的细丝结构;也正是这些随机加热导致已形成的日珥细丝总是处在随机扰动之中,从而表现出忽左忽右的运动。基于这个想法,课题组利用南京大学超级计算中心的机群对日珥的形成进行了数值模拟,再现了日珥细丝的精细结构及其交替反方向运动特征,如下图所示。对于国际上关于日珥细丝是否示踪当地磁力线的争论,该工作证实细丝的走向与当地磁力线基本一致。更为重要的是,该工作预言:在大量冷的日珥细丝之间的高温物质中也时刻存在交替方向的流动。

 

日珥精细结构形成的数值模拟结果(背景是太阳表面,暗黑细长结构为日珥) 

文章第一作者周雨昊于2019年在南京大学天文与空间科学学院获得博士学位,通讯作者是其导师陈鹏飞。

该研究工作得到了国家自然科学基金委重点项目(11533005)、国家基金委国际合作项目(11961131002)及江苏省333工程项目(BRA2017359)资助,周雨昊受南京大学优秀博士研究生创新能力提升计划项目资助,数值模拟在南京大学超算中心完成,在此一并致谢。