太阳大气最外层的日冕,温度动辄上百万摄氏度,而发光发热的太阳表面只有大约5500摄氏度。这个反直觉的温差困扰了天文学家几十年——热量竟然是从相对“凉爽”的表面向外层传递,而且越往外越热。

阿拉巴马大学亨茨维尔分校的研究团队最近给出了一个让人意外的解释:宇宙尘埃可能在中间扮演了关键角色。首席研究员赛义德·阿亚兹在一份声明中直言,过去几十年的研究一直围绕电子、离子、磁场和等离子体波做文章,他们的工作是把一颗颗微小的尘埃颗粒重新拉回讨论桌,给这套能量传输模型增加了一个从来没被认真对待过的成分。

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如果你看过日全食的照片,对日冕那圈幽灵般的丝状白光一定不陌生。那些飘渺的光丝本质上是电离气体,即高温等离子体,温度超过百万华氏度。相比之下,太阳的可见光球层辐射温度约为9932华氏度,也就是5500摄氏度上下。光球层之所以在视觉上完全盖过日冕,纯粹是因为日冕中的等离子体分布极为稀疏,亮度不够。只有在日全食的短暂几分钟里,光球被月亮完全遮住,我们才能肉眼看见这层原本暗淡的外层大气。

这份新发现的关键证据来自NASA的帕克太阳探测器。帕克是目前离太阳最近的人造物体,贴着日冕边缘飞到了距离太阳表面610万公里的位置。它身上从没安装过任何宇宙尘埃探测器——在如此高温的日冕环境里,科学界长期默认尘埃根本活不下来,就算短暂存在也不会对能量传输产生多大影响,所以干脆没装。

但帕克搭载了一套名为FIELDS的集体仪器,包含多根天线和磁力计,原本设计用途是测量日冕中的电磁场和射电辐射。在传回的数据里,天线持续记录到一些异常的电压脉冲尖峰,一开始没人解释得清。阿亚兹团队分析后认为,这些脉冲正是高速微粒撞击探测器时产生的带电粒子云信号。那些微小的尘埃颗粒在日冕环境中会积累静电电荷,而太阳风携带着强大的电磁场向外高速奔涌,两者一旦接触,尘埃就会和电磁场产生相互作用。

这个互动进一步影响一类被称为阿尔文波的等离子体波动。阿尔文波沿着磁力线来回振荡,是目前解释日冕加热机制的主角之一。尘埃怎么影响阿尔文波?研究团队梳理出两套互有竞争的可能路径。第一种认为,尘埃本身带有质量,当它们跟随太阳风一起向外运动时,会给等离子体提供额外的惯性,相当于帮能量搭上交通工具,让它传播得更远、覆盖更广的区域。第二种机制则把重点放在尘埃的电荷属性上:带电尘埃颗粒在穿越电磁场时,会强化等离子体中带电粒子与阿尔文波之间的电磁共振耦合,等于在能量转化的中场环节加了把推力。

两套机制都可能成立,也可能同时发挥作用,目前还没有定论。但不管哪条路径跑通,都意味着日冕这个巨大的能量厨房里,不只是粒子、磁场和波在“掌勺”,那些肉眼看不见的尘埃颗粒可能一直在默默地调控火候。帕克探测器未来还会有更多近距离飞掠太阳的任务,天线和磁力计还会继续接收那些来路不明的电压尖峰,每一道脉冲都可能藏着更多关于尘埃和日冕对话的秘密。