從結構來看，太陽大氣從裡向外主要分為光球層、色球層和日冕層。奇怪的是，在可觀測的太陽表面，光球層的溫度在 6000 ℃ 左右。但在距其上方僅幾千公里的日冕層，溫度卻高出了成百上千倍，至百萬攝氏度甚至更高。數十年來，天體物理學家們一直在努力解釋大多數恆星都有的這種奇特現象。
太陽黑子特指太陽表面較暗的斑點
1942 年，瑞典科學家漢尼斯·阿爾夫文（Hannes Alfvén）提出了一種理論，即等離子體的磁化波可沿着太陽磁場，從內部向日冕拋出大量能量。在繞過光球層后，又在太陽的高層大氣中爆炸。
儘管這一理論已被初步接受，但科學家們仍需要以經驗觀察的形式來證明這些“波動”的存在。慶幸的是，近日發表的一項研究報告，就很好地解釋了阿爾夫文提出將近 80 年的歷史理論。
1930 年代末，瑞典光譜學家本辛·埃德倫（Bengt Edlén）和德國天體物理學家瓦爾特·格羅特里安（Walter Grotrian）首次觀察到了這種奇特的現象。
具體說來是，日冕層的溫度，竟比光球層（我們可從地球上觀察到的太陽表面）高出了上千倍。儘管光球層的預估溫度在 6000 ℃ 左右，但光球層卻可達到上百萬攝氏度。
想要測量光球層的溫度，方法是相對簡單的。我們只需測量從太陽輻射出的光，並將之與預測光源溫度的光譜模型進行比較即可。
作為給天體物理學界造成長久困擾的問題之一，科學家們試圖通過觀察太陽的性質來解釋這種差異。
據悉，太陽幾乎由等離子體組成。這種帶有電荷的高度電離氣體，會在太陽內層上部的對流區運動時產生巨大的電流和強磁場。
通過對流將能量從太陽內部向上拖動，並在光球層破裂，就形成了我們所觀察到的黑子（太陽大氣中形成各種磁性結構的磁場簇）。
阿爾夫文的理論認為，在太陽的磁化等離子體內，任何帶電粒子的整體運動都會幹擾磁場，從而產生可以在很長的距離（從太陽表面到高層大氣）中攜帶大量能量的波動。
熱量沿着所謂的熱量沿着所謂的“太陽磁通管”（Solar magnetic Flux Tubes）傳播， 然後突然闖入日冕層，從而產生了這種“異常的高溫”。
The Mystery of Coronal Heating（via）
這些電磁等離子體，現被稱作阿爾夫文波。其對日冕加熱方面的作用解釋，幫助阿爾夫文拿到了 1970 年的諾貝爾物理學獎。
然而想要清晰觀察到這些波動，還是存在着相當大的困難。高至比地球大很多倍的現象、低至我們現有儀器都很難分辨的微小變化，太陽大氣內層和表面發生的事情也實在太多了。
此前，研究人員從未直接觀察到光球層中的阿爾夫文波證據。不過儀器方面的最新進展，還是為我們研究太陽物理現象開闢了新的窗口。
作為一套光譜成像裝置，安裝在美國新墨西哥州鄧恩太陽望遠鏡上的干涉式二維光譜旋光儀（IBIS），能夠幫助我們對太陽展開更細緻的觀察和測量。
結合良好的觀測條件、先進的計算機模擬、以及來自七所研究機構的國際科學家團隊的共同努力，我們終於首次確認了‘太陽磁通管’中存在的阿爾夫文波。
SCI Tech Daily 指出，這項研究發現，是幫助我們在地球上挖掘高能能量應用潛力的重要一步。比如類似太陽內核中發生的核聚變相關的研究，就涉及將少量物質轉化為巨大能量的過程。
目前地球上的核能利用，仍局限於重核的裂變。其最大的缺點，就是會產生危險的核廢料。而 2011 年拖延至今的福島核電站事故，更是將核能利用這件事推上了風口浪尖。
有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《天體物理學雜誌》（The Astrophysical Journal）上。
原標題為《Magnetohydrodynamic Wave Modes of Solar Magnetic Flux Tubes with an Elliptical Cross Section》。