离太阳最近的地方,推翻了存在半个世纪的理论?

2019年八月,帕克太阳探测器(Parker Solar Probe)从英国加利福尼亚州的肯尼迪航天中心起飞,踏入前所未有的逐日旅途。

2019年九月份,在天王星吸引力的拖拽下,帕克太阳探测器进到一个以太阳为聚焦点、偏心率挺大的椭圆形路轨,现阶段其路轨周期时间147天,近日点间距太阳35.7倍太阳半径。帕克太阳探测器早已穿越重生太阳的表层空气,变成首例进到日冕层的四轴飞行器。根据对日冕层颗粒的搜集、检测,帕克太阳探测器将为大家解开太阳的众多疑团。

帕克太阳探测器的轨迹

最新一期《自然》杂志期刊,根据4篇毕业论文发布了帕克太阳探测器的第一批科学研究結果。这种科学研究为了解太阳的构造与健身运动,出示了全新升级的角度。

帕克太阳检测通讯卫星

尽管人们一直日常生活在太阳系中,太阳也为大家出示了绝大多数动能来源于,但实际上大家对太阳的掌握并不是很多。

在这以前,早已有一些通讯卫星在协助人们了解太阳,包含太阳日球层观测站(SOHO)、太阳动力学模型观测站(SDO)等。但这种通讯卫星也没有像帕克太阳探测器那般间距太阳这般之近。

帕克太阳探测器是以美国芝加哥大学的科学家尤金・帕克(Eugene Parker)的姓名取名的。帕克1927年出生于英国得克萨斯州,是太阳风基础理论的明确提出者,这颗探测仪也是全球唯一一颗以健在的科学家名字取名的科学研究通讯卫星。

帕克太阳探测器带上了多种多样探测仪器,能够检测到它碰到的等离子技术(行为主体是质子、电子器件和一部分弱电解质的正离子及其少量别的原子)、电磁场和高能粒子,并对太阳日冕、太阳风和探测仪周边的激波开展三维成像。

自帕克太阳探测器取得成功发送至今,生物学家期待来源于这颗探测仪的数据信息能协助她们处理一系列相关太阳色球层、日冕和太阳风的难题。这种难题包含为何日冕的溫度那麼高、太阳风的动能体制和加快体制是啥、太阳表层纤维状构造(spicules)的诱因和功效、电磁场的功效是啥这些。

帕克与太阳风

在其中,由帕克自己在1956年明确提出的太阳风,就掩藏着很多不解之谜。

帕克在先人概念模型的基本上,根据对背驰太阳的彗尾方位的观察,搭建了一个恒定球对称性等温流体动力学实体模型。在这个实体模型中,帕克胆大明确提出了太阳风基础理论。

在那时候,太阳风是一种有效的构想,由于从地球上能够见到,地球上两方面有流星,而流星可能是来源于太阳的带电粒子进到地球上两方面的磁场地区后造成的。除此之外,当慧星在外太空穿行时,不管其健身运动方位怎样,彗尾一直偏向离去太阳的方位。这种征兆说明,彗星的小尾巴,可能是被从太阳刮起来的电磁风暴吹变弯。

清华数学系和天体物理管理中心的房屋庆专家教授告知《环球科学》:“1956年,帕克用带磁等离子技术与流体动力学的基础理论对太阳风开展了基础理论计算。他把数值写出毕业论文,发布在了那时候由钱德拉塞卡出任小编的《天体物理学杂志》上。但那时候学术界有很多人并不认同这类猜想,因此有关太阳风的存有性一开始有很多的争执。最终,只有根据卫星发射到天空去观察,才可以平复争执。”

在帕克的理论模型里,太阳表层的日冕溫度极高,做到上百万度的量级。那样的高溫会造成彻底弱电解质的等离子技术。由于溫度太高,这种正离子的机械能挺大,大到能够打破太阳的吸引力拘束奔向地球上。并且,帕克用详尽的基础理论计算说明,从日冕中释放出的正离子最终会提升音速零界点被加快至亚音速。针对这类从太阳向外释放出来的离子流,帕克称作“太阳风”。帕克还預言,太阳风的速率超出了音速。

今日生物学家早已了解,帕克的热驱动器风实体模型尚不可以表述不断持续的髙速太阳风。大家广泛认为电磁场针对造成不断髙速的太阳风拥有独特关键功效。

太阳风的健身运动相对路径是有方位的,在每一个点,太阳风的方位能够溶解为轴向与径向。太阳风关键的速率份量是轴向的,也就是以太阳考虑靠外吹。可是,太阳风的径向份量也不可以忽略,切向速度份量的尺寸能够反映出太阳的电磁场与匀速转动等要素的危害。

在本次发布的4篇毕业论文中,有一篇就对太阳风的速率开展了史无前例的细腻剖析,并发觉其切向速度挺大,进而打倒了存有了半世纪的經典实体模型。

日冕层的观察結果

要精准求出太阳风的运动规律,必须融合太阳的引力场与电磁场,并运用流体动力学与等离子技术物理学的很多专业知识。除此之外,太阳风还遭受太阳转动的危害。这种要素促使对太阳风的理论基础研究一直十分困难。

在这篇全新毕业论文中,帕克太阳探测器在日冕层中,获得了关键的发觉。

太阳风中的音速大概是每秒钟100~200公里。但帕克太阳探测器测到的太阳风的径向速度是每秒钟300~1000公里,超出了音速,这再一次认证了帕克在60年前的猜测。

帕克太阳探测器穿越重生太阳风

更关键的是,在这篇毕业论文中,帕克太阳探测器第一次对太阳风中的径向转动速率开展了当场观察。观察数据显示,帕克太阳探测器在间距太阳36倍太阳半径的地区,测到了每秒钟大概30~50公里的切向速度(即太阳风紧紧围绕太阳转动的速率)。而依据先前的实体模型,这儿的切向速度应当只能每秒钟几千米。这般极大的差别,是什么原因?

先前预测分析太阳切向速度的經典实体模型是于1967年明确提出的韦伯-理查德森太阳风实体模型,在其中理查德森是帕克的博导。

房屋庆告知《环球科学》,这一实体模型的关键观念是:在挨近太阳的地区,电磁场较为强,因此磁感线会带著等离子技术一起转动,二者的角速度类似相同。(比如,因为太阳的转动速率是每秒钟2公里,因而1倍太阳半径处的切向速度也是每秒钟2公里。)而伴随着半经提升,等离子技术离太阳越走越远,电磁场的抗压强度减少,磁感线不可以再次带著等离子技术迅速转动,这时候太阳风径向健身运动的角速度便会减少。因而,切向速度(角速度与半经的相乘)并不会无止尽地提升。在间距太阳36倍太阳半径的地区,其基础理论径向流动性速率应当只能每秒钟几千米。

而帕克太阳探测器观察到的切向速度最高值达到每秒钟30~50公里,显著超过基础理论預言。因此,现阶段的观察依据挑戰了日冕绕太阳电场的实体模型(韦伯-理查德森实体模型),组成了一个不解之谜。

对于此事,一种将会的表述是,此外一种繁杂的物理学体制将太阳的角动量传送给了太阳风。但实际体制,仍需进一步的科学研究。

由于帕克太阳探测器的检测范畴仅仅一个小一点,它出示的也仅仅一个小室内空间地区内的太阳风速率信息内容。因此现阶段,大家只有说它看到了太阳风的速率有一个“突发性硬刺”。针对太阳风健身运动的全景,大家还不够掌握。

除开所述毕业论文,这周发布于《自然》的别的3篇有关毕业论文,也发觉了有关太阳的全新升级物理变化。一篇毕业论文重中之重汇报了慢太阳风(速率小于每秒钟500公里)的发源。全新科学研究强调,慢太阳风始于太阳赤道线周边的日冕裂缝。

而此外几篇毕业论文,各自汇报了太阳周边的高能粒子流的观察数据信息,及其日冕层的电子器件与浮尘对光谱仪的透射危害。

这一系列科学研究,展现了帕克太阳探测器的研究成果。在接下去的五年间,帕克太阳探测器的运作路轨仍将持续减少、与太阳间距更近。最终,它的路轨周期时间会变为88天,间距太阳表层近期为9倍太阳半径。大家期待,帕克太阳探测器及其将来大量的太阳检测新项目,能为大家完全解开太阳风的密秘。

 

 

 

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