天文學家首次揭示日冕環前所未有的精細結構

　　通過H-α 波長（656.28納米）拍攝的太陽耀斑的最高分辨率圖像，可能會重塑我們對太陽磁場結構的理解，并改進空間天氣預報。天文學家利用美國國家科學基金（NSF）的丹尼爾?K?井上太陽望遠鏡（DKIST），捕捉到太陽耀斑的圖像。該望遠鏡由NSF的國家太陽天文臺（NSO）建造和運行。

　　2024年8月8日世界時20時12 分，DKIST拍攝的太陽耀斑高分辨率圖像。這幅圖像的每一邊大約是4個地球直徑。圖片來源：NSF/NSO/AURA

　　2024年8月8日世界時20時12分，在一次X1.3級耀斑的衰減階段，天文學家以前所未有的清晰度捕捉到了日冕環結構。這些日冕環平均寬度為48.2千米，最窄處可能僅有21千米，是有史以來拍攝到的最小日冕環。

　　這標志著在解析太陽日冕環的基本尺度方面取得了潛在突破，并將耀斑建模的極限推向了一個全新領域。相關論文8月25日發表于《天體物理學雜志快報》。

　　日冕環是沿著太陽磁場線分布的等離子體拱結構，通常出現在太陽耀斑之前。太陽耀斑是由部分磁場線扭曲和斷裂引發的能量突然釋放現象。這種能量爆發會引發太陽風暴，可能影響地球的關鍵基礎設施。

　　DKIST的天文學家通過H-α波長觀測太陽光，以查看太陽的特定特征，揭示出在其他類型的太陽觀測中無法看到的細節。論文第一作者Cole Tamburri說：“這是DKIST首次觀測到X級耀斑。”

　　Tamburri在美國科羅拉多大學博爾德分校攻讀博士學位時，得到DKIST大使計劃的支持。該計劃由NSF資助，研究人員將在DKIST數據處理和分析方面的專業知識帶給更廣泛的太陽研究領域。

　　“耀斑是太陽產生的最具活力的事件之一，我們很幸運能在理想的觀測條件下捕捉到這次耀斑。”Tamburri說。

　　DKIST團隊專注于耀斑帶上方纖細的磁場環。這些磁場環有數百個，平均寬度約為48千米，但有些剛好處于望遠鏡的分辨率極限。Tamburri說：“在DKIST出現之前，我們只能想象這種尺度的樣子，現在我們可以直接看到它了。這些是有史以來拍攝到的最小日冕環。”

　　DKIST的可見光寬帶成像儀經過H-α濾鏡調諧，能夠分辨小至約24千米的特征。這比第二佳的太陽望遠鏡清晰度高出2.5倍以上，正是這種分辨率的飛躍才使得這一發現成為可能。

　　論文作者之一、NSO的Maria Kazachenko指出：“從理論上知道望遠鏡能做到某件事是一回事，實際看到它達到那個極限則令人興奮。”

　　雖然最初的研究計劃是利用DKIST的可見光光譜偏振儀研究色球層譜線動力學，但可見光寬帶成像儀的數據揭示了一些意想不到的寶貴信息——超精細的日冕結構。這些結構可以為使用復雜的輻射流體動力學代碼構建的耀斑模型提供直接依據。Kazachenko表示：“我們原本是為了某個目的去研究，卻偶然發現了更有趣的東西。”

　　長期以來，理論認為日冕環的寬度可能在10千米到100千米之間，但直到現在都無法通過觀測證實。Tamburri說：“我們終于窺探到多年來一直在猜測的空間尺度。這不僅為研究日冕環的大小，也為研究它們的形狀、演化，甚至為研究磁場重聯——耀斑背后的驅動力發生的尺度打開了大門。”

　　也許最令人興奮的是，這些日冕環可能是基本結構，即耀斑結構的基本組成部分。Tamburri補充說：“如果是這樣的話，我們不僅分辨出了日冕環束，還首次分辨出了單個日冕環。這就像從看到一片森林，突然變成了能看到每一棵樹。”

　　這些圖像令人驚嘆。黑暗的、線狀的日冕環在發光的拱結構中彎曲，明亮的耀斑帶刻畫出近乎不可思議的清晰輪廓——中心附近有一個緊湊的三角形，頂部有一個巨大的弧形。即使是普通的觀察者也會立即認識到其中的復雜性。這是太陽科學領域的一個里程碑時刻，人們終于看到太陽在實際運行尺度上的樣子。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.3847/2041-8213/adf95e