美国宇航局探空火箭,在太阳大气中,发现仅次于氢的氦分布结构

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氦是宇宙中仅次于氢的第二丰富元素,但科学家们不确定太阳大气中到底有多少氦,因为太阳那里很难测量。知道太阳大气中氦的数目,对于理解太阳风的起源和加快很重要,太阳风是从太阳源源不停的带电粒子流。早在2009年,美国宇航局(NASA)启动了一项探空火箭探测研究,以测量延伸太阳大气中的氦,这是人类第一次收集到完整的太阳环球舆图。

美国宇航局探空火箭,在太阳大气中,发现仅次于氢的氦分布布局

现在发表在《天然·天文学》期刊上的一项项研究成果,正在资助我们更好地了太空情况。以前,当太阳风到达地球时,当测量太阳风中氦和氢的比率时,观测发现比率比预期的要低得多。科学家们怀疑,丢失的氦可能留在了太阳最外层的大气层日冕层中,或者可能留在了更深的一层。弄清这种现象是如何发生的,是理解太阳风是如何加快的关键。

美国宇航局探空火箭,在太阳大气中,发现仅次于氢的氦分布布局

为了测量大气中氦和氢的含量,美国宇航局日冕和日球层的氦共振散射(Herschel)探空火箭拍摄了太阳日冕图像。探空火箭的观测表明,氦并不均匀地分布在太阳日冕周围。赤道地区几乎没有氦,而中纬度地区最多。与欧空局/美国宇航局的太阳和日球层天文台(SOHO)的图像相比,科学家们可以或许显示出中纬度的丰度与太阳磁力线向太阳系开放的位置重叠。这表明氦氢比与日冕中的磁场和太阳风速度有很强的关系。

太阳大气的氦分布布局

测量氦丰度较低的赤道地区与地球附近太阳风的测量结果相符,这表明太阳大气比科学家想象的更有活力。Herschel探空火箭的观测增长了一系列研究,试图相识太阳风慢成分的泉源。Herschel远程研究太阳风加快区域的元素构成,这可以与对太阳系更内部的测量(如帕克太阳探测器)一起进行分析。虽然太阳热量足以驱动最轻的元素(电离氢质子)以超音速风的形式逃离太阳。

美国宇航局探空火箭,在太阳大气中,发现仅次于氢的氦分布布局

但其他物理原因必须资助推动重元素(如氦)的加快,因此,相识太阳大气中的元素丰度,为我们试图相识太阳风是如何加快的完整故事提供了额外信息。将来,科学家们计划进行更多的观测来解释丰度差异,两台新仪器:欧空局/美国宇航局太阳轨道器METIS和EUI,可以或许进行雷同的太阳环球丰度测量,并将资助提供有关日冕中氦比率的新信息。研究对第二大丰度元素氦的太阳丰度相识主要依靠模子和通过日震观测进行的间接测量。

美国宇航局探空火箭,在太阳大气中,发现仅次于氢的氦分布布局

因为对太阳大气中氦的现实测量非常稀少,由于氦的高第一电离势,在光球层无法直接测量到它的丰度,而在内冕中对其丰度的测量也是零星的。由于氦丰度在空间上的显著变革,He+日冕的形态与H日冕明显不同。观测结果表明,氦丰度受大尺度日冕磁场布局的影响和调制,在太阳清静时,赤道区的氦几乎全部枯竭。这项测量提供了追溯到2009年太阳-地球拉格朗日点L1日球层异常痴钝太阳风的日冕源,其时太阳活动周期第23周异常持久。

美国宇航局探空火箭,在太阳大气中,发现仅次于氢的氦分布布局

博科园|研究/来自:美国宇航局戈达德太空飞行中心

参考期刊《天然天文》

DOI: 10.1038/s41550-020-1156-6

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来源:https://www.toutiao.com/a6858981432581161480/
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