史上最清晰的太阳图像揭示微小条纹驱动巨型空间风暴

美国国家科学基金会(NSF)的丹尼尔·井上太阳望远镜取得突破性发现,首次在太阳表面观测到超精细磁结构。研究人员在太阳米粒组织内捕捉到前所未见的明暗条纹,这些被称为"磁条纹"的特征如同起伏于日面的磁帷,重塑了人类对微观尺度磁场动力学的认知。凭借高达20公里分辨率,科学家成功将实际观测与模拟数据匹配,揭示出改变我们对太阳表面观测视角的微妙磁涨落现象。该发现不仅阐明太阳活动机制,亦揭示遥远宇宙环境中的磁行为规律,对地球空间天气预测具有重大意义。

这些被称为条纹的结构在太阳对流细胞(即米粒组织)的壁面上可见,它们是类似窗帘的磁场片层如同风中飘动的织物般起伏和移动的结果。当来自高温米粒壁面的光线穿过这些磁性"窗帘"时,相互作用产生明暗交替的图案,勾勒出底层磁场的变化。若窗帘区域的磁场弱于周围环境则呈现暗色,相对较强则呈现亮色。

"在此项工作中,我们首次以前所未有的约20公里空间分辨率(相当于曼哈顿岛长度)研究太阳表面的精细结构,"该研究主要作者、美国国家太阳天文台科学家David Kuridze博士表示,"这些条纹正是精细尺度磁场变化的指纹。"

该发现超出预期,完全得益于井上建太阳望远镜的革命性观测能力。团队使用井上望远镜G波段可见宽带成像仪(VBI)——该特定可见光谱范围因能突显强磁活动区域而特别适用于太阳研究,使太阳黑子及本研究中发现的精细结构更易辨识。该配置使研究人员得以在优于0.03角秒(即太阳表面约20公里)的空间分辨率下观测太阳光球层,创下太阳天文学史上最高分辨率纪录。为解读观测结果,团队将图像与模拟太阳表面物理过程的尖端数值模拟进行了比对。

研究证实这些条纹是微妙而强大的磁波动特征——仅约百高斯的变化(相当于典型冰箱磁贴的强度)改变了等离子体密度和透明度,使可见表面产生仅数公里的位移。这种被称为威尔逊凹陷的位移现象,唯有通过配备全球最大4米主镜的美国国家科学基金会井上太阳望远镜的独特分辨能力才能探测到。

"磁力是宇宙基本现象,类似磁场诱导的条纹在更遥远的天体物理对象(如分子云)中也被观测到,"美国国家太阳天文台科学家、研究合著者Han Uitenbroek博士指出,"井上望远镜的高分辨率结合数值模拟,使我们能在更广阔的天体物理背景下更好表征磁场行为。"

研究太阳表面的磁结构对于理解日冕层最剧烈的活动(如耀斑、爆发和日冕物质抛射)至关重要,进而可提升空间天气预报能力。该发现不仅深化了我们对磁结构的认知,更为研究其他天体物理环境中的磁结构打开了大门——其精细尺度曾被认为无法在地球上实现观测。

"这只是井上望远镜众多开创性成果之一,彰显其持续推动太阳研究前沿的能力,"美国国家太阳天文台井上望远镜项目副主任David Boboltz博士强调,"它同时突显了井上望远镜在理解驱动空间天气事件的小尺度物理过程方面的关键作用,这些事件正日益影响着地球上的技术化社会。"

题为《0.03角秒分辨率下观测的条纹状太阳光球》的研究论文已发表于《天体物理学杂志通讯》