当咱们烤火时，离火源越远，温度越低。假如把太阳的中心看作一个火源，相同满意这一规则吗？因为太阳的能量来自其内部中心区域的核聚变反响，依照热力学第二规律，离太阳中心越远，温度应该越低。事实上，从太阳中心到太阳外表（光球层），温度从大约1500万摄氏度下降到了约5500摄氏度，的确满意这一规律。
但是，从光球层再往外时，温度却失常升高，日冕层（太阳的最外层大气）的温度乃至高达百万摄氏度。
日冕高温是怎么发作和保持的？这便是日冕加热的问题，是太阳物理和空间物理范畴长期以来悬而未决的难题之一。2012年，日冕加热问题被《科学》杂志选为今世天文学的八大未解之谜之一。
日前，北京大学地球与空间科学学院教授田晖领导的课题组及其世界协作伙伴在《科学》杂志宣布了一项研讨效果，为窥视日冕高温的奥妙供给了一个新窗口。
“小喷泉”供给破解谜题的头绪
最早，日冕是在日全食发作时被发现的。日冕亮度大约是太阳外表的百万分之一，当月亮彻底挡住太阳的盘面时，弱小的日冕辐射才可以被人们所观测到。
上世纪中叶，人们发现日冕中存在高次电离的铁离子，揣度日冕的温度高达百万度，比太阳外表的温度高两个数量级以上。
当人们对太阳的色球层摄影时，一般可以发现太阳的边际有许多毛刺状的喷流，即坐落光球层和日冕之间的针状物。这些宽度一般只要200千米左右（太阳半径约70万千米）的针状物，间歇性地从太阳外表喷射到日冕中。田晖告知科技日报记者，任何时候，太阳外表都存在着约百万个针状物。
“针状物像喷泉相同向外运动，所以其轨道呈细长状。因为下方色球布景物质宣布的氢原子Hα谱线辐射向外传输时被针状物吸收，所以在Hα图画中针状物看起来是暗的。”田晖称，针状物是磁重联将坐落低层大气（色球）的物质加快向外抛出时构成的。“被抛出的物质包含中性原子、电子和离子等温度约1万摄氏度的物质。”
2014年，田晖等人依据界面层成像光谱仪卫星（IRIS）的观测数据，在《科学》杂志上宣布论文指出，很大一部分针状物被加热到了至少10万摄氏度左右。此外，一些观测也显现，部分针状物或许会被加热到百万摄氏度的量级。“这些研讨标明，针状物在日冕的物质和能量供给中起到了很重要的效果，了解其发作和传输进程是处理日冕加热问题的要害。”田晖说。
不过，人们对针状物的发作机制无所适从。田晖和记者说，许多学者提出了多种针状物发作的理论模型，这些模型中的中心物理进程包含了慢激波、阿尔芬波、中性气体与电离气体之间的相互效果、片状磁场结构的歪曲、涡旋运动、相反方向磁场结构之间的磁重联等。
但是，这些说法简直都没有获得太阳物理界的遍及认同。还在于缺少直接的观测依据来证明。受限于曩昔望远镜的分辨率和灵敏度，观测针状物的发作进程极端困难。
大口径太阳望远镜功不可没
田晖及其博士后檀摩耶·萨曼塔（Tanmoy Samanta）等与美国大熊湖天文台协作，使用美国古迪太阳望远镜对太阳安静区（除掉黑子及其周围谱斑以外的区域）针状物的发作机制和加热进程进行了观测。
使用氢原子Hα谱线，课题组对针状物进行了长期（约3.5秒）和高空间分辨率（约45千米）的成像观测研讨。经过丈量铁原子1.56微米谱线的偏振概括，课题组获得了光球深处磁场演化的高质量数据，磁图的空间分辨率达150千米左右。
在详细分析数据后，他们发现，不同极性磁场结构之间的相互效果与针状物的发作严密相关。这些针状物一般发作于太阳上一种对流单元鸿沟处的强磁场区域（称为网络安排）邻近。当网络安排邻近呈现相反极性的小标准弱磁场结构时，一般针状物便会发作。一些相反极性的磁场结构在与网络安排的磁场接近的进程中逐步变小并终究消失，在此进程中观测到随同的针状物活动。
“这些观测效果为磁重联驱动针状物的观念供给了强有力的支撑。”田晖称，磁重联是等离子体中磁场拓扑结构发作改动，导致磁场的能量释放出来加热和加快物质的一种物理进程。
太阳上遍及存在小标准的磁流显现（即磁场结构从太阳内部上浮到太阳大气中）进程。“当这些新显现出来的小标准磁场结构接近强磁场的网络安排，而且二者触摸面上磁场极性相反时，便或许发作磁重联。”田晖说。
磁重联将坐落低层大气的物质加快向外抛出，构成针状物。这与当时最盛行的两种针状物发作机制（磁流体激波、中性与电离成分之间的相互效果）天壤之别。这一图画也与现有的几个磁重联驱动针状物的数值模型所描绘的图画不同。
美国太阳动力学天文台卫星（SDO）上搭载的大气成像望远镜（AIA）也对古迪太阳望远镜的观测区域进行了观测。其多个方面数据显现，针状物上端呈现了增强的171 辐射（首要来自Fe8+离子，发作于100万摄氏度左右的环境中），标明针状物在传达进程中被加热到了百万度的量级。
田晖标明，曩昔对太阳边际和日面活动区（黑子周围区域）的少量观测显现，太阳低层大气的喷流会导致局地日冕的加热。本次对日面上最遍及的安静区的观测标明，针状物被加热到日冕温度是一种十分遍及的现象。
从头整理日冕高温成因研讨思路
“针状物在向外传输进程中的加热机制仍不清楚，需求未来深入研讨。”田晖称，或许的机制包含等离子体波的耗散，电流的耗散，湍流的效果等。
专家标明，这一效果从头整理了日冕加热的研讨思路。“曩昔，咱们一般仅在日冕观测中寻觅加热的蛛丝马迹，相关理论研讨也大多讨论日冕中的物理进程。而这一效果标明，日冕加热与太阳低层大气中的磁活动密切相关，要揭开日冕加热的奥秘面纱，必需求重视能量和物质从低层大气往外传输的进程，即需求着眼于太阳各层大气之间的耦合。”田晖告知科技日报记者。
这一研讨效果将促进日冕加热和磁重联的有关理论和数值模仿研讨。太阳低层大气是部分电离的，有很多中性气体，这种环境下磁重联的特征与彻底电离环境下的有何不同，仍需进一步研讨。
田晖标明，日冕的高温是太阳风构成的直接原因，而太阳风充满于各大行星之间的区域之中，可以说是太阳系中的根本介质。“假如日冕的温度没有这么高，那么太阳就不会宣布太阳风，行星际空间根本便是真空了。所以了解日冕高温构成的原因很重要。”
此外，了解日冕的高温对咱们了解世界中其他相似现象也有所启示。“许多恒星与太阳相同，有温度远高于其外表的星冕。黑洞吸积盘周围也或许存在高温的冕层。咱们的观测效果为了解它们的成因也供给了参阅。”田晖解释道。
田晖坦言，这次研讨获得打破，得益于地基和空间望远镜对太阳大气不同层次（不同温度）的协同观测。“未来3年，我国的先进天基太阳天文台（ASO-S）、欧洲的太阳盘绕器（Solar Orbiter）、印度的Aditya-L1等卫星即将发射，这些大设备将在多个电磁波段对太阳大气进行高分辨率和高灵敏度的观测，将协助咱们进一步了解日冕加热与低层大气磁活动的联系。”
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