最新研究发现太阳耀斑动态模拟预测与实际观测之间的差异

最近的一项研究发现了太阳耀斑动力学的模拟预测与实际观测之间的差异，特别是在色球层排放的时间上，这表明有必要修改标准的太阳耀斑模型。这一发现质疑了目前对这些天体事件中能量传输的理解，暗示了潜在的替代机制，如磁声波或传导传输。

太阳耀斑是发生在太阳大气中的极其剧烈的事件，持续时间从几分钟到几小时不等。 根据标准耀斑模型，驱动这些爆炸的能量是由从日冕的磁重联区域到色球层的加速电子传输的。

当这些电子与色球层等离子体发生碰撞时，它们会释放能量，加热等离子体并使其电离。 这种相互作用还会产生跨越多个电磁频谱波段的强烈辐射。 释放这些能量的区域被称为太阳耀斑的”脚点”，通常出现在磁性相连的对子中。

最近的一项研究通过比较基于标准模型的计算机模拟结果和麦克马斯特-皮尔斯望远镜在太阳耀斑SOL期间提供的观测数据，检验了标准模型的有效性2014-09-24T17:50。 研究的重点是测量耀斑中两个成对色球源的红外辐射之间的时滞。 有关这项研究的文章发表在《皇家天文学会月刊》上。

2014 年 9 月 24 日观测到的太阳耀斑的时间演变：（a）（左）仅出现一个亮点；（b）（右）第二个亮点开始出现。 这些区域并不是研究中分析的脚点。 资料来源：Simões 等人，2024/太阳动力学天文台

“我们发现来自望远镜的观测数据与模型预测的行为之间存在重大差异。 在观测数据中，成对的脚点显示为色球层中两个非常明亮的区域。 “文章第一作者、巴西圣保罗麦肯齐长老会大学工程学院（EE-UPM）射电天文学和天体物理学中心（CRAAM）教授保罗-何塞-德阿吉亚尔-西蒙斯（Paulo José de Aguiar Simões）说：”由于入射电子从日冕的同一区域流出，并遵循相似的轨迹，因此根据模型，这两个光点在色球层中几乎应该同时变亮，但观测数据却显示它们之间有0.75秒的延迟。”

0.75 秒的延迟看似无关紧要，但研究人员计算得出，考虑到所有可能的几何配置，根据模型计算出的最大延迟应为 0.42 秒。 实际数字几乎高出 80%。”我们使用了一种复杂的统计技术来推断脚点对之间的时滞，并通过蒙特卡罗方法估计了这些数值的不确定性。 此外，我们还通过电子传输模拟和辐射流体力学模拟对结果进行了检验。 通过利用所有这些资源，我们能够为电子在日冕和色球之间的飞行时间以及红外辐射产生时间构建不同的方案。” 西蒙斯说：”所有基于模拟的方案都显示出远小于观测数据的时滞。”

太阳解剖信息图。 资料来源：ESA-S.Poletti

测试的方案之一是电子在日冕中的螺旋和磁性捕获。”利用电子传输模拟，我们探索了耀斑脚点之间磁场不对称的情况。 预计电子穿透色球层的时间滞后与脚点之间的磁场强度差异成正比，这也会增加由于磁捕获效应而到达色球层的电子数量差异。 然而，我们对X射线观测数据的分析表明，脚点强度非常相似，这表明沉积在这些区域的电子数量相似，因此排除了这一导致观测到的发射时滞的原因，辐射流体力学模拟还表明，色球层的电离和重组时间尺度太短，无法解释时滞现象。我们模拟了红外辐射的时间尺度。 我们计算了向色球层的电子传输、电子能量沉积及其对等离子体的影响：加热；膨胀；氢原子和氦原子的电离和重组；以及在该处产生的辐射，其效果是释放多余的能量。 由于等离子体中原本处于中性状态的氢发生电离，色球层中的电子密度增加，从而产生了红外辐射。 模拟结果表明，由于加速电子的穿透作用，电离和红外辐射几乎是瞬间发生的，因此无法解释脚点辐射之间0.75秒的滞后现象，”Simões说。

根据模型模拟的过程没有一个能够解释观测数据。 研究人员得出的结论在某种程度上是显而易见的：太阳耀斑的标准模型需要按照科学方法的要求重新制定；

“观测到的色球源之间的时间差挑战了电子束能量传输的标准模型。 较长的延迟表明可能涉及其他能量传输机制。 要解释观测到的延迟，可能需要磁声波或传导传输等机制。” Simões说：”要全面了解太阳耀斑，就必须考虑这些额外的机制。”

编译自/SciTechDaily