按 ‘ 2024年04月23日 ’ 归档

冕洞透镜事件

最近,一则新闻《我国科研人员首次观测到电磁波动态传播》出现在各大科技媒体上,其核心内容是:“太阳日冕的特殊结构以及行星等大型天体可作为电磁信号放大器,或可实现星际间通讯或者能量传输。相关研究成果发表在《自然·通讯》上。”

猛一看,大家会惊呼:《三体》诚不我欺!弹拨太阳发送广播莫非马上要变成现实了?

实际上,这是对论文的错误解读。找来《自然·通讯》上的原始论文,说的内容其实是:“特定形状的太阳冕洞能够使磁流动力波聚焦,类似的效应应可在具有磁场的行星、其他恒星或星系找到。该透镜过程可用于冕震学的研究。”

这里的要点有四个:

  1. 被影响的是磁流体动力波(简称磁流波),不是电磁波。磁流波以等离子体作为介质,和不需要介质的电磁波不是一回事。在这项研究里,磁流波没有离开日冕。
  2. 是聚焦不是放大。这项研究里,磁流波从太阳耀斑开始扩散,途径一个冕洞后,部分磁流波发生聚焦,焦点处的波幅比扩散期的大,但远小于耀斑源头的波幅。
  3. 只有特定形状与密度的冕洞可以观察到这种透镜效应。在这项研究里,聚焦发生在冕洞的一个月牙形湾区。
  4. 该现象的潜在应用是对冕震学的研究,也就是对日冕内发生的震动的研究,而非用于星际通讯或者能量传输,因为磁流波未能离开日冕,并且没有放大原始信号。

要点总结完毕,接下来,我们详细梳理一下:

这项研究早在2022年就已提交,使用的是2011年的观测数据(感叹:要在科学前沿做出新发现,真的太难太难了)。具体的观测事件是这样的: 2011年2月24日,日地关系观测台B星(STEREO-B)观测到太阳表面一处耀斑爆发。这颗卫星当时运行在尾随地球约95°的环日轨道上,所以它看到的是当时太阳的背面。从地球方向看过去,则能够看到这个耀斑激荡出的磁流波(等离子体受磁场影响表现出的波),就像海底火山激发的海啸波浪一样,从太阳边缘出现,缓缓绕到正面来。对磁流波的后续观测,由运行在地球身边的太阳动力学观测台(SDO)所完成。

日地关系观测台B星观测到的太阳耀斑(红圈)和冕洞(白圈)
从太阳动力学观测台的数据得到的磁流波聚焦现象

磁流波以耀斑为中心向外扩散的途中,经过了一个形状不规则的冕洞(日冕上的较冷、较稀薄的磁场开放区域)。通过分析SDO的观测数据,中国研究人员发现,在这个冕洞的一个月牙形开口的湾区,磁流波的“波浪”前沿(波前)发生了过去从未观测过的现象:原本外凸的波前呈现出内凹,最后聚焦在一个点上,就像光/电磁波通过透镜聚焦一样。

——顺便说说,原始论文中常常以光/电磁波通过透镜打比方,或许是报道解读出现偏差的原因。

研究人员认为,冕洞里的磁场由单一极性主导,并且物质比冕洞周围更稀薄,这里的阿尔文速度(衡量磁流波的一个速度)较高,当磁流波离开冕洞后,就朝向阿尔文速度较低的区域偏折。通过数学模拟,研究人员重现了磁流波聚焦的现象。

对磁流波聚焦现象的数学模拟

总而言之,这项研究的内容是日冕内物质的运动现象,并未讨论它对电磁波(包括光)的影响,研究并未涉及通讯或能量传输的话题。