“羲和号”精确刻画出太阳大气较差自转的三维图像

太阳大气层的自转有什么规律，特别是不同高度的太阳大气，自转又是如何变化的，此前一直没有定论。然而，13日刊发于国际学术期刊《自然·天文学》的一篇论文，为理解太阳大气的自转规律提供新视角。来自南京大学、中国科学院云南天文台、上海航天技术研究院的科研人员根据我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”最新的探测结果，精确刻画出太阳大气较差自转的三维图像。“与以往人们对太阳自转的理解不同，太阳大气从内到外的自转速度越来越快。”论文共同通讯作者、“羲和号”卫星首席科学家、南京大学天文与空间科学学院教授丁明德告诉科技日报记者。

科研团队根据“羲和号”卫星的探测数据绘制的国际上首个太阳大气自转三维分布图。南京大学“羲和号”科研团队供图

丁明德介绍，恒星是一个巨大的等离子体球体，它不同部分的自转存在差异性，这被称为“较差自转”。

太阳是唯一一颗可实现高空间分辨率观测的恒星，是研究恒星自转的重要标本。与大多数恒星一样，太阳的结构从里到外可分为核心区、辐射区、对流区和大气层。

“目前科学家们明确了有关太阳自转的两个重要规律：一是太阳从辐射区到对流区的过渡区域，自转速度存在明显变化；二是太阳的自转速度从赤道向两极区域逐渐递减。然而，对于太阳大气层自转速度的变化规律，至今没有确切定论。”论文共同通讯作者、“羲和号”科学与应用系统总设计师、南京大学教授李川介绍。

太阳大气层可以被太阳探测器直接观测到，也是太阳活动和太阳风起源的区域。丁明德表示，“羲和号”通过对太阳Hα（氢阿尔法）谱线、Si I（中性硅原子）谱线和Fe I（中性铁原子）的高精度观测，相当于为整个太阳大气做了一次全方位扫描，再通过谱线进行反演，由此得到了国际上首个太阳大气多层次多普勒速度图。

“我们经过分析发现，太阳大气的自转速度随着太阳大气高度的升高，有明显增加的趋势，也就是说，太阳色球层的自转转速比光球层快。”李川解释，此前人们曾猜测太阳高层大气的转动是由低层大气的粘滞效应带动的，所以自转速度应该随高度而逐渐降低。但此次观测到的自转现象与之相反。我们进一步研究发现，这是由无处不在的小尺度磁场结构及其与太阳大气的“磁冻结”效应造成的。

“太阳高层大气温度比较高，等离子体完全电离为离子和电子，它们会冻结在太阳磁场上，跟着磁场一起转，所以磁场得以更高效地拖拽太阳大气，因而转速快；但太阳低层大气的温度相对较低，等离子体中的没有被电离的中性原子就不会跟着太阳磁场一起移动，所以转速慢一些。”丁明德认为，此次的科学发现为研究太阳磁场的起源、太阳大气的加热提供了重要的观测证据。

“此外，太阳高层大气的自转速度更快，意味着太阳风损失的角动量不可小视，这对太阳自转起到了‘刹车’作用。因此，太阳随着‘年龄’增大，自转也会逐渐减慢。”丁明德说。