科技日报记者 张盖伦
日冕是太阳的最外层大气，温度高达上百万摄氏度，是什么能量一直在不断加热日冕中的等离子体？近日，多国科研团队借助全球最大太阳光学望远镜，首次在日冕中直接观测到大量的小尺度扭转阿尔芬波，为揭示太阳高层大气加热机制提供了关键线索。相关研究10月24日刊发于《自然·天文学》。
阿尔芬波是一种沿磁力线传播的磁流体波动，早在20世纪40年代便由诺贝尔物理奖得主阿尔芬在理论上预言存在，它可将太阳表面湍动的机械能输送到日冕，并在一定条件下转化为热能。几十年来，人们一直在日冕中寻找阿尔芬波，但理论上所预言的那种普遍存在的小尺度扭转阿尔芬波，却一直没有“现身”。
论文合作者、北京大学地球与空间科学学院教授田晖解释，日冕中的磁力线通常汇聚成束，形成一个个管状结构，即磁流管。磁流管中传播的阿尔芬波会扭转震荡，就像一根被轻轻拧动的绳子不断来回旋转。这种波动不会改变磁流管的整体位置或亮度，唯一能直接观测到的信号，就是等离子运动带来的多普勒频移，也就是等离子体朝观测者运动时光谱线蓝移，远离时红移。“受限于观测设备的空间分辨率，我们一直难以‘看’清这些纤细磁流管中的精细运动。”田晖说。
此次，英国诺桑比亚大学的理查德·莫顿教授联合北京大学、比利时鲁汶大学及美国国家太阳天文台等机构，利用世界上最大口径太阳望远镜丹尼尔·井上太阳望远镜，获得了迄今最清晰的近红外日冕光谱观测数据。
进一步分析显示，在2023年10月30日的观测中，日冕磁流管不仅整体摆动，还表现出磁流管两侧的反向扭转运动，这正是扭转阿尔芬波的典型特征。研究人员还将多普勒速度信号的时空变化和三维磁流体模拟进行比对，确认了这种波动真实存在。这些波动在多个磁流管结构中普遍存在，而且可以持续较长时间。
这是科学家首次在日冕中直接观测到小尺度扭转阿尔芬波的普遍存在，且其分布广泛、持续不断，很可能成为日冕加热的有效能量来源。初步的能量估算表明，这些波动携带的能量通量可达每平方米上百瓦。
中国科研人员在此次工作中发挥了关键作用。田晖是该观测提案的联合提出人，其团队博士生高宇航是论文第二作者，他完成了三维磁流体数值模拟和相关分析，成功再现了观测到的波动特征。高宇航说：“未来我们将进一步研究这些波如何转化为热能，由此推动对太阳大气中能量传输机制的认识。”
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