天文学家发现了太阳旋涡形的起源

首次计算机模拟显示了太阳物质是如何从太阳表面形成的，这有助于天文学家了解这些针状体如何脱离太阳表面并如此迅速地向上冲升。

在任何给定的时刻，多达一千万个狂野的太阳能喷射流都从太阳表面爆发。它们以每秒60英里的速度爆发，并且在塌陷之前可以达到6,000英里的长度。这些都是针状的，尽管它们像草一样丰盈，但科学家们并不了解它们是如何形成的。

这项新工作依赖于NASA的接口区域成像光谱仪（IRIS）和加那利群岛拉帕尔玛岛的瑞典1米太阳望远镜的高级观测。航天器和望远镜一起凝视着太阳大气的较低层，即形成针状体的界面区域。这项由NASA资助的研究的结果于2017年6月22日在《科学》杂志上发表，这是IRIS任务每年的特殊时间，IRIS任务于6月26日庆祝其在太空成立四周年。

该研究的作者，位于加利福尼亚州帕洛阿尔托的洛克希德·马丁太阳能与天体物理学实验室的IRIS科学负责人巴特·德庞蒂乌（Bart De Pontieu）说：“数值模型和观测结果与我们的研究息息相关。”“我们将观察值和模型进行比较，以得出模型的性能如何，并在看到重大差异时对模型进行改进。”

观看视频，了解科学家如何结合计算机模拟和观察结果来确定针状体的形成方式。

对于想要了解太阳物质和能量如何通过和离开太阳运动的科学家来说，观察针刺一直是一个棘手的问题。在短短的五到十分钟内，螺旋线是短暂的，形成和塌陷的。这些脆弱的结构也很难从地球上研究出来，因为地球上的大气层经常使我们的望远镜的视线变得模糊。

一组科学家一直在研究此特定模型已有近十年的时间，一次又一次地尝试创建可以产生针刺的版本。该模型的早期版本将界面区域（较低的太阳大气）视为带电粒子的热气体，或更严格地说是完全电离的等离子体。但是科学家们知道有些东西丢失了，因为他们从没有在模拟中看到针尖。

科学家意识到，关键是中性粒子。它们的灵感来自地球自身的电离层，电离层是高空大气的一个区域，中性粒子和带电粒子之间的相互作用是许多动态过程的原因。

研究团队知道，在太阳的凉爽区域（例如界面区域），并非所有气体颗粒都带电。有些粒子是中性的，中性粒子不会像带电粒子一样受到磁场的作用。为了简化问题，科学家们将先前的模型基于完全电离的等离子体。的确，包括必要的中性粒子在计算上非常昂贵，最终模型需要大约一年的时间才能在位于硅谷NASA艾姆斯研究中心的Pleiades超级计算机上运行，​​该计算机支持数百项针对NASA任务的科学和工程项目。

该模型从对等离子在太阳大气中如何运动的基本理解开始。在整个太阳中，恒定的对流或沸腾的物质会产生纠结的磁场岛。当沸腾将它们带到地表并进一步进入太阳的低层大气时，磁场线会迅速恢复原位以消除张力，从而排出等离子体和能量。在这种暴力中，针尖就诞生了。但是，解释这些复杂的磁结如何起伏是棘手的部分。

该研究的主要作者，洛克希德·马丁公司和加利福尼亚州索诺玛市湾区环境研究所的太阳物理学家胡安·马丁内斯·西科拉说：“通常磁场与带电粒子紧密耦合。”“只有模型中的带电粒子，磁场才被卡住，无法上升到太阳表面之外。当我们添加中性点时，磁场可以更自由地运动。”

中性粒子提供了浮力，需要经过太阳沸腾的等离子体上升并到达色球层的粗糙的磁能节。在那里，它们卡住了针状物，释放了血浆和能量。离子和中性粒子之间的摩擦会在针状体内部和周围甚至进一步加热等离子体。

使用新模型，最后的模拟结果与IRIS和瑞典太阳望远镜的观测结果相吻合；针尖自然而频繁地发生。开发此数值模型的10年工作为科学家Mats Carlsson和Viggo H.Hansteen赢得了挪威奥斯陆大学的研究成果，并获得了美国国家科学院的2017年Arctowski奖章。Martínez-Sykora领导了该模型的扩展，以包括中性粒子的影响。

科学家更新后的模型揭示了关于能量如何在太阳大气中移动的其他信息。事实证明，这种类似鞭子的过程自然也会产生Alfvén波，科学家怀疑这种强烈的电磁波是加热太阳大气层和推动太阳风的关键，而太阳风不断使我们的太阳系和行星充满来自太阳的带电粒子。

De Pontieu表示：“此模型回答了我们多年来一直存在的许多问题。”“我们基于高分辨率的观察逐渐增加了数值模型的物理复杂性，对于我们使用IRIS的方法而言，这确实是一个成功的故事。”

这些模拟表明，针状结构可以不断地迫使等离子体排出并在整个太阳表面产生大量Alfvén波，从而可以在激发太阳大气中发挥重要作用。

美国宇航局戈达德太空研究所的IRIS任务科学家阿德里安·道（Adrian Daw）表示：“这是我们对能激发太阳能大气的过程的理解的重大进步，并为更详细地确定针头发挥多大作用奠定了基础。”马里兰州格林贝尔特的飞行中心。“在公司成立周年纪念前夕，这是一个非常不错的成绩。”

出版物：J.Martínez-Sykora等人，“关于太阳针状体和Alfvénic波的产生”，《科学》，2017年6月23日：卷356，第6344期，第1269-1272页； DOI：10.1126 / science.aah5412