太阳亮度变化对系外行星研究的启示

翻译:五车二三三三

校译:孙宇峰

美编:徐莹莹

后台:库特莉亚芙卡 李子琦 徐坤

原文链接:

https://www.nao.ac.jp/news/science/2020/20201009-sso.html (有删节)

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各波段下太阳亮度变化。实线为“活动区域12699”的黑子过境太阳表面时各波段的光变曲线。图中为黑子到达太阳中心位置时的画面。随着黑子过境,光球层释放的可见光光变曲线下降;色球层和日冕释放的紫外线、X射线光变曲线上升;过渡区发出的紫外线的光变曲线则出现了下降的情况。(Credit: ISAS/NAOJ)

科学家们通过分析太阳观测卫星“日出号”等得到的观测数据发现,各波段下太阳亮度的变化与其表面活动有很强的相关性。这一发现若能用于恒星亮度变化分析,对研究系外行星将大有裨益。

太阳是唯一一颗我们能够详细观测表面活动的恒星。与黑子相伴而生的耀斑也会发生在其他恒星的表面。但是,我们只能捕捉到该恒星的亮度变化,却无法观测到黑子形态。如果能有一种方法,可以通过观测恒星的亮度变化来解读“磁能是如何释放并传递到上空的” “随着黑子的出现和成长,其上空的色球层和日冕会发生怎样的变化”这些问题,将对黑子与耀斑的研究有着非凡的意义。

鸟海森(JAXA宇宙科学研究所)率领的国际研究小组对黑子过境时不同波段的光亮度所受影响进行了研究。研究小组分析了 “日出号(Solar-B)”和 “太阳动力学观测台(Solar Dynamics Observatory ,SDO)”等4颗太阳观测卫星获取的数据,频率范围从可见光到X射线。“日出号(Solar-B)”于2006年发射,“太阳动力学观测台”于2010年发射,它们以一定的时间间隔持续对整个太阳进行摄像。研究小组从过去十多年的庞大的观测数据中,筛选出单一黑子过境时的数据,对各波段光变曲线及其成因进行了分析研究。同时,将太阳作为点光源进行了处理,以便研究成果能够应用到其他恒星。最终研究结果表明:一,太阳上空的色球层发出的紫外线与太阳表面的光球层的磁通量具有很强的相关性;二、光球层的可见光亮度变化与日冕的紫外线、X射线强度变化之间存在时间差,这是由日冕的构造引起的;三、色球层与日冕之间的过渡区释放出的紫外线会出现受到黑子影响温度升高而减弱的情况。根据以上结论,我们可以在恒星亮度变化与其表面现象之间建立起对应关系。

这项研究的发展有望为太阳系外行星的研究做出贡献。行星通过恒星前时会使其亮度减弱,科学家可由此探知行星的存在及其大小。然而,由于黑子也会改变恒星的亮度,因此,如果能够了解黑子对恒星各波段亮度变化的影响,则可以更准确地将其消除。当然,更深入地了解太阳也同样重要。为此,下一颗太阳观测卫星”Solar-C(EUVST)”将以高灵敏度、无波长间隙地观测从色球层到日冕的宽温度带发射的紫外线。踩着太阳的阶梯,人类将进一步探明恒星的奥秘。

此项研究成果以S. Toriumi et al. “Sun-as-a-star Spectral Irradiance Observations of Transiting Active Regions”为题发表在《天文物理期刊》上(2020年10月8日)。

牧夫新媒体编辑部

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