太阳究竟是不是圆的?

太阳究竟是不是圆的?
太阳究竟是不是圆的?

太阳究竟是不是圆的?

太阳有多圆  Dr. Tony Phillips,译自Science@NASA

2008年10月2日：科学家使用NASA的RHESSI卫星以空前的精度测量的太阳的圆度.他们发现,太阳并非完美的球体.在多年的活动高峰期间,太阳产生了一层薄薄的“瓜皮”,明显地增加了外观的椭率.他们的结果刊登在10月2日的《科学快报》上.

研究的合作者、加州大学伯克利分校的Hugh Hudson说：“在太阳系中,太阳是最大也是最为光滑的自然天体,由于极强的引力,外观在0.001%的水平上保持完美.测量其准确的形状可不是容易的事情.”.

小组通过分析来自Reuven Ramaty高能太阳分光成像望远镜（缩写为RHESSI）的数据完成了这项工作.RHESSI是于2002年发射的X射线/伽玛射线望远镜,用于研究太阳耀斑.虽然RHESSI的目的从来都不是去测量太阳的圆度,对于这个目的来说,它却是台理想的设备.RHESSI从窄窄的狭缝中观测日面,每秒旋转15 次.卫星快速的自转以及高速数据采集率（对于捕获快速的太阳耀斑来说是必需的）让研究者可以追踪太阳的形态,系统误差比之前任何一次研究都要小.他们的技术对于两极与赤道直径的微小差异（也就是“椭率”）尤其敏感.

太阳上的“香瓜脊”.闪耀的白色磁网在太阳活动高峰期给予了太阳额外的椭率.洛杉矶的天文学家Gary Palmer使用紫色的钙元素K线滤镜在2005年7月29日拍下了这张照片.大图请点击

Hudson描述道：“我们发现,太阳的表面有着粗糙的结构：明亮的脊排列成网状,就象是香瓜表面那样,不过太阳上要更为精细.”在太阳活动周的高峰期,脊状结构在太阳赤道周围出现,变亮,让“恒星的腰部”增粗.RHESSI在2004年测量时,脊让太阳的赤道半径增加了10.77±0.44毫角秒,这相当于从1英里外看人的头发的宽度.

NASA总部的RHESSI任务科学家Alexei Pevtsov说：“这听起来也许是个非常小的角度,但其实是非常重要的.”举例来说,对完美球体的微小偏离可以影响太阳对水星的引力作用,而对爱因斯坦相对论的偏离测试需要依赖对内行星轨道的仔细测量.小的凸起同样是隐藏在太阳内部的运动的证据.例如如果太阳拥有形成早期残存下来的高速自转核心,核心又相对外层有所倾斜,结果就是表面的凸起.“RHESSI的精确测量给任何一种模型都提出了严苛的限制.”

香瓜脊的本质是磁场.它们勾勒出了太阳表面上名为“超米粒组织”的巨大泡状对流元.超米粒组织类似于开水壶中的气泡被放大到恒星的尺度上.在太阳上,它们的直径有30000公里（是地球的2倍）,由沸腾的磁化热等离子体组成.泡状结构中心的磁场被扫到了边缘,形成磁脊.在太阳峰年附近,太阳内部的发电机“加速”,产生最强的磁场,此时磁脊最为明显.很多年以前太阳物理学家就知道了超米粒与磁网,但直到现在,RHESSI才揭示出它们与太阳椭率的意外联系

右图：在这张示意图中,为观看方便起见,太阳的椭率被放大了10000倍.蓝色曲线表示在3个月中太阳的平均外观.黑色星号表示在较短的10天内的平均值.10天平均值曲线的波动是真实存在的,这是太阳黑子附近的强磁脊导致的.大图请点击

Hudson说：“当扣除了磁网的效应以后,我们就得到了单纯源自引力与运动的‘真实’太阳形状.修正后的太阳非磁椭率是8.01±0.14毫角秒,接近根据简单自转求出的预测值.”

NASA马歇尔太空飞行中心的太阳物理学家David Hathaway评论说：“这样的结果对于太阳物理学与引力理论有着长远的关系.它们说明,太阳的核心不会比表面转得太快,而在爱因斯坦广义相对论以外,太阳的椭率太小,不会让水星的轨道产生变化.”

对RHESSI椭率数据的进一步分析还会让研究人员探测到一种在太阳内部反射的声波——引力振动,也就是“g模”,它被人所长期追寻.监测g模可以开放太阳物理学的新疆域——研究太阳内部的核心.

Hathaway惊叹道：“这一切都来自对卫星数据的灵活运用,而卫星的设计目的与此完全不同.祝贺RHESSI小组!”

汇报结果的论文《表面磁场导致的太阳外观椭率超出》作者为Martin Fivian、Hugh Hudson、Robert Lin与Jabran Zahid,刊登在10月2日的《科学快报》上.