太阳的高层大气温度高达上百万度，远远超出太阳表面区区几千度的温度。图片来源：NASA

为什么太阳最外侧的大气层（即日冕）温度可以高达上百万摄氏度，要比太阳的表面炽热这么多呢？这个问题已经困扰了天文学家好几十年。今天，由美国哈佛－史密松天体物理中心（CfA）的保拉·特斯塔（Paola Testa）领导的一个团队，提出了破解日冕加热难题的新线索。他们利用最近发射升空的IRIS卫星所作的观测，发现了被称为“纳米耀斑”（nanoflares）的微型太阳耀斑——它们产生的高速电子可能提供了一部分热源，至少在太阳日冕最炽热的某些区域内确实如此。

太阳耀斑是日面某一区域所有波段的光全都突然增强的现象。在耀斑发生时，太阳上的等离子体会在几秒到几分钟内，被加热到上千万摄氏度。耀斑还会加速太阳等离子体中的电子（以及质子），把它们的速度提高到几近光速。这些高能电子与地球相遇时会产生重大影响，导致壮观的极光，还会破坏通讯，干扰GPS信号，损坏电网。

小规模的纳米耀斑，虽然能量级别要比常规太阳耀斑低大约10亿倍，却也能够产生这些高速电子。特斯塔说，“这些纳米耀斑，以及那些可能由它们产生的高能粒子，很难加以研究，因为我们无法直接观测到它们。”

特斯塔及其同事发现，通过观察冕环在日面上的立足点，IRIS提供了一种新的方法，来观测踪迹难寻的纳米耀斑。冕环，顾名思义，就是日冕中由炽热等离子体构成的环圈，它们从太阳表面向外延伸到日冕之中，在紫外和X射线波段发出明亮的光芒。

IRIS并不观测这些冕环中最热的等离子体，后者的温度可以高达数百万摄氏度。相反，它观测的是冕环立足之处温度较低的等离子体（大约1万到10万摄氏度）发出的紫外辐射。就连IRIS也没能直接观测到日冕加热事件，它只观测到了冕环立足之处短暂而又小规模的增亮现象，从而揭露出了日冕加热事件的蛛丝马迹。

利用IRIS对这些立足点增亮现象所作的高分辨率紫外成像及光谱观测，研究团队推断出了高能电子的存在。利用计算机模型，他们模拟了冕环中的等子体对高能电子携带的能量会作何反应。模拟显示，以20%光速运动的电子最有可能把能量传递给这些等离子体。

IRIS较高的空间、时间和光谱分辨率，对这一发现至关重要。IRIS能够分辨太阳上小到仅有240千米的特征，能够分辨持续仅几秒钟的事件，光谱分辨率则让科学家能够测量每秒移动几千米的等离子体流。

发现与大型耀斑无关的高能电子，这一事实表明，日冕至少有一部分是由纳米耀斑加热的。新的观测，再加上计算机模拟，还帮助天文学家了解了电子如何被加速到这样的量级——这个过程在大量天体物理现象中都起着重要作用，比如宇宙线，再比如超新星遗迹。这些发现还暗示，纳米耀斑虽然能量要比大型太阳耀斑低大约10亿倍，但仍然是一种强有力的天然粒子加速器。

特斯塔说，“就像通常的科学发现一样，这一研究也提出了一系列全新的问题。例如，这些纳米耀斑发生的频率是多少？在没有耀斑爆发的日冕中，高能粒子有多常见？这些纳米耀斑和大型耀斑的物理机制又有什么不同？”

描述这一发现的论文，10月17日发表在《科学》（Science）杂志专注于IRIS发现的特刊上。（编辑：Steed）

 

编辑来源 CfA官网，Tiny "Nanoflares" Might Heat the Sun's Corona