太陽也會下“暴雨”？

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翻譯：劉奕征

校對：牧夫天文校對組

后期：庫特莉亞芙卡 李子琦

責任編輯：王啟儒

太陽上也會下雨！雖然這和地球上的雨完全不同。在日冕（即從太陽可見表面向外延伸數百萬公里的超熱大氣層）中，偶爾會形成較冷的等離子體團塊并回落，天文學家將這種現象稱為"日冕雨"。迄今為止，這種降雨現象的形成機制始終成謎——尤其是在太陽耀斑期間日冕雨似乎會加速墜落的現象更令人費解。近日，夏威夷大學天文學研究所的研究人員終于揭開了這個謎團。

NASA太陽動力學觀測站的大氣成像組件（AIA 304）在304埃波長下拍攝的太陽。

Credit：NASA/SDO (AIA）

太陽的日冕是一個非同尋常的區域，其溫度超過一百萬攝氏度，遠高于其下方的太陽可見表面（光球層）的溫度。在太陽耀斑（磁能的劇烈釋放）期間，等離子體會急劇冷卻并凝結成致密的團塊，這些團塊會墜向太陽的光球層（即可見表面）。日冕雨現象就是由這些下落的較冷的物質導致的。然而，現有的太陽模型無法解釋這種物質冷卻的速度。

日全食期間，太陽的日冕和日珥肉眼可見

Credit：Luc Viatour

傳統的太陽模型假設特定元素在日冕中的分布無論在空間還是時間上都保持恒定。這種簡化使得計算結果易于處理，但當科學家們試圖將他們的模型與實際觀測結果相匹配時，就產生了顯著的誤差問題。先前的理論認為，日冕雨的形成需要幾小時乃至于幾天的加熱，然而太陽耀斑的整個過程僅幾分鐘。顯然，基本理論遺漏了某些關鍵因素。

盧克·貝納維茨（Luke Benavitz）和杰弗里·里普（Jeffrey Reep）通過研究彌補了上述缺失。他們的研究表明，構建元素豐度隨時間變化的模型，最終結果就能夠與實際的太陽觀測結果相匹配。像鐵這樣的元素并非均勻分布在日冕中，而是隨著環境條件的變化不斷改變。當將這種變化納入模型后，預測到的日冕雨的爆發時間就能與實際在太陽耀斑期間觀測到的情況相符。

在NASA太陽動力學觀測站拍攝的極紫外光圖像中，物質在一次太陽耀斑期間從太陽邊緣升起

Credit：NASA/SDO

科學家們利用冷卻過程來幫助理解日冕中的加熱機制，因為他們無法直接觀測能量是如何累積到該區域的。如果模型一直以來都錯誤地處理了元素的豐度問題，那么對冷卻時間的估算很可能也是錯誤的。這一認識表明，關于日冕加熱的基本假設可能需要被重新審視。

認識到元素分布情況是動態變化的，這為研究太陽外層的活動以及能量如何在其大氣中傳播開辟了全新的方向。這些見解最終可能有助于人類對太陽風暴（即可能干擾衛星、電網和通信系統的空間天氣）進行預測。

這項始于對一種奇特太陽現象探究的研究揭示出，我們關于太陽活動的模型需要被進一步完善。有時，最重要的科學突破并非來自于全新的現象，而是源于認識到我們之前所持的固有假設是錯誤的。

『天文濕刻』 牧夫出品

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