迄今最清晰太阳视图显示微小条纹驱动大空间风暴

美国国家科学基金会井上建太阳望远镜带来太阳物理学重大突破,首次在太阳表面观测到超精细磁结构。研究人员捕捉到太阳米粒组织内前所未有的明暗条纹特征,这些被称为"条纹结构"的磁现象如同波动起伏的磁幔,重塑了人类对微观尺度磁场动力学的认知。凭借20公里的分辨率,科学家首次实现实测数据与模拟结果精准匹配,揭示出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,更揭示了宇宙深空磁行为规律,将对地球空间天气预报产生深远影响。

这些被称为条纹的结构,在太阳对流单元(即米粒组织)的壁上可见,是由幕布状的磁场片层造成的,这些磁场像风中飘动的织物般波动移动。当来自炽热米粒组织壁的光穿过这些磁性"幕布"时,相互作用产生了明暗交替的条纹图案,揭示了底层磁场的变化。若幕布区域磁场弱于周边则显暗,相对强时则显亮。

"本研究中,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)探究太阳表面的精细结构,"NSO科学家、论文首席作者David Kuridze博士指出,"这些条纹是精细尺度磁场变化的指纹。"

该发现超出预期,唯有借助井上建太阳望远镜(Inouye Solar Telescope)的革命性能力才得以实现。团队使用其可见光宽带成像仪(VBI)在G波段(专用于太阳研究的特定可见光谱段)进行观测,该波段能突显强磁活动区域,使太阳黑子和研究中此类精细结构更易辨识。该装置使研究人员能以优于0.03角秒(即太阳表面约20公里)的空间分辨率观测太阳光球层,创下太阳天文学最高分辨率纪录。研究团队将观测图像与模拟太阳表面物理机制的尖端模型进行比对,以解读数据。

研究证实这些条纹是精微而强大的磁波动特征——仅百高斯量级的变化(相当于普通冰箱磁铁强度),这类波动改变等离子体密度与不透明度,导致可见表面产生千米级位移。这些被称为威尔逊凹陷(Wilson depressions)的位移,唯有通过配备4米主镜(全球最大)的美国国家科学基金会井上建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,类似磁致条纹已在更遥远天体物理对象(如分子云)中观测到,"NSO科学家、论文合著者Han Uitenbroek博士阐释,"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精准表征磁场行为。"

研究太阳表面磁结构对理解日冕层高能事件(如耀斑、爆发和日冕物质抛射)至关重要,进而改进空间天气预报。此发现不仅深化了对此结构的认知,更为研究其他天体物理环境中的磁结构——包括曾被认为地球观测无法实现的微尺度——开启了新途径。

"这只是井上望远镜众多首创成果之一,彰显其持续推动太阳研究前沿的能力,"NSO井上建太阳望远镜副主任David Boboltz博士强调,"它更突显了该望远镜在解析驱动空间天气事件的小尺度物理机制中的关键作用,这些事件正日益影响地球上的技术化社会。"

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