有史以来最清晰的太阳图像揭示微型条带引发巨型空间风暴

美国国家科学基金会井上建太阳望远镜取得重大突破,揭示了太阳表面的超精细磁结构。研究人员首次捕捉到太阳米粒组织内明暗相间的"条纹结构"。这些如同磁帷幔般在日面波动的特征,重塑了我们对微观尺度磁场动力学的认知。通过实现20公里的分辨率,科学家将真实观测与模拟数据匹配,揭示了改变太阳表面认知的微妙磁波动。该发现不仅阐释了太阳活动机制,更揭示了遥远宇宙中的磁性行为,对预测地球空间天气现象具有重大意义。

这些条纹,被称为纹理,可见于被称为颗粒的太阳对流单元壁上,是类似帷幕的磁场片层的结果,这些片层像风中飘动的织物一样波动和移动。当来自炽热颗粒壁的光线穿过这些磁性“帷幕”时,相互作用产生一种明暗交替的模式,这反映了下方磁场的变化。如果在帷幕中磁场比周围弱,它看起来是暗的;如果相对较强,它看起来是亮的。

"在这项工作中,我们首次以前所未有的空间分辨率——仅约20公里,或曼哈顿岛的长度——调查了太阳表面的精细结构,"该研究的首席作者、NSO科学家David Kuridze博士说。"这些纹理是精细尺度磁场变化的指纹。"

这些发现是未曾预见的,只有得益于Inouye太阳望远镜前所未有的能力才成为可能。团队使用了Inouye的可见光宽带成像仪(VBI)仪器在G波段操作,这是一个特定的可见光范围,尤其适合研究太阳,因为它突出显示强磁活动区域,使太阳黑子等特征和研究中的精细结构更容易观察。该装置使研究人员能够以惊人的空间分辨率优于0.03弧秒(即在太阳上约20公里)观测太阳光球层。这是太阳天文学中前所未有的最锐利分辨率。为了解释他们的观测,团队将图像与顶尖的模拟进行了比较,这些模拟重现了太阳表面的物理。

研究证实,这些纹理是微妙但强大的磁波动的特征——仅一百高斯的波动,相当于典型冰箱磁铁的强度——这些波动改变了等离子体的密度和不透明度,使可见表面仅移动几公里。这些称为威尔逊凹陷的位移,只有得益于NSF Inouye太阳望远镜的4米主镜独特的解析能力才可探测到,该望远镜是全球最大的。

"磁性是宇宙中的一个基本现象,类似的磁性诱导条纹也在更远的天体物理对象中被观察到,例如分子云,"研究的共同作者、NSO科学家Han Uitenbroek博士分享道。"Inouye的高分辨率,结合模拟,使我们能够在广阔的天体物理背景下更好地描述磁场的行为。"

研究太阳表面的磁性结构对于理解太阳外层大气中最活跃的事件——如耀斑、喷发和日冕物质抛射——至关重要,因此能改善空间天气预报。这一发现不仅加深了我们对这种结构的理解,也为在其他天体物理背景下研究磁性结构打开了大门——并在曾经认为从地球无法达到的小尺度上。

"这只是Inouye望远镜众多首创中的一个,展示了它如何继续推动太阳研究的前沿,"NSO的NSF Inouye太阳望远镜副主任David Boboltz博士说。"它还强调了Inouye在理解驱动空间天气事件的小尺度物理中的关键作用,这些事件影响我们地球上日益技术化的社会。"

描述这项研究的论文,题为"以0.03''分辨率观测到的条纹太阳光球层,"现已在天体物理学杂志快报上发表。