天文学家在太阳的外部电晕中揭示了细粒度的结构

在广泛的数据清洁后，来自立体声的太阳能电晕的详细视图。

1610年，伽利略重新设计了望远镜，发现了木星的四个最大的卫星。近400年后，美国宇航局的哈勃太空望远镜采用了强大的光学，看起来深入了解太空 - 使科学家能够扎在宇宙的时代。

足以说越来越好看事情会产生重大的科学进步。

在7月18日发表的论文中，这是由克雷格森德斯 - 太阳能物理学家在科罗拉多州博尔德博尔德的科学研究所领导的科学家团队 - 展示了这一历史趋势仍然拥有。使用先进的算法和数据清洁技术，该团队发现了外部电晕的从未检测到的细粒度，通过分析了美国宇航局立体宇宙飞船拍摄的图像。新结果还提供了NASA帕克太阳能探头可能看出的内容，这在2018年夏季推出后将直接通过该地区轨道。

外部电晕是太阳风的源，带电粒子的流从阳光下向外流动。在地球附近测量，嵌入太阳风中的磁场是交织在一起的并且复杂，但是导致这种复杂性仍然不清楚。

“在深度空间中，太阳风是汹涌的，汹涌的，”Demorest说。“但它是如何实现的？它是否会使太阳光滑，并且随着太阳系越过太阳系而变得动荡，或者阵风告诉我们太阳本身？“

回答这个问题需要观察外部电晕 - 太阳风的来源 - 以极端的细节。如果太阳本身导致太阳风中的湍流，那么我们应该能够从风的开始开始看到复杂的结构。

但现有数据并没有显示这种细粒度结构 - 至少直到现在。

“前面的电晕图像显示了该地区作为光滑的层状结构，”NASA的戈达德太空飞行中心的太阳能物理学家尼斯·沃尔尔（Gengbelt）在Greenbelt，马里兰州和研究中的同志。“事实证明，表观光滑度只是由于我们的图像分辨率的局限性。”

学习了
解Corona，DefeRest和他的同事始于Coronagraph图像 - 由特殊望远镜制作的太阳大气层的图片，这些望远镜块从（更亮的）表面上的光线。

这段视频显示了立体声宇宙飞船在2012年拍摄的调节形像，突出了冠状飘带，太阳风和冠状物质喷射（CME）。学分：美国宇航局的戈达德太空飞行中心/ Joy Ng

这些图像由Cor2 Coronagraph船只NASA的太阳能和地面关系观测所 - A，或立体声A，Spacecraft，它们在地球和金星之间呈现太阳。

2014年4月，立体声A很快就会在阳光下传递，科学家们希望在通信短暂中断之前获得一些有趣的数据。

因此，他们运行了一个特殊的为期三天的数据收集活动，在此期间，Cor2花了更长时间越来越频繁地暴露于电晕的曝光。这些长曝光允许更多的时间从微弱的来源光，以攻击仪器的探测器 - 允许它看到细节，否则会错过。

但科学家们不仅仅是想要更长的曝光图像 - 他们希望它们更高的分辨率。选择有限。仪器已经在太空中;与伽利略不同，他们无法用硬件自身修补。相反，他们采用了一种软件方法，通过提高COR2的信噪比来挤出最高质量的数据。

什么是信噪比
？信噪比是所有科学学科的重要概念。它测量您如何区分您关心测量的东西 - 信号 - 来自您没有的东西 - 噪音。

例如，让我们说你有幸福的听证会。你注意到晚上最小的鼠标吱吱声;你可以窃听蜷缩的小学生二十英尺的耳语。您的听力是无可挑剔的 - 当噪音低时。

但是当你站在摇滚乐音乐会的前排时，这是一个完整的球比赛。环境中的其他声音太高了;无论您如何仔细仔细聆听，鼠标 - 吱吱声和低语（在这种情况下，在这种情况下）无法穿过音乐（噪音）。

问题不是您的听力 - 这是信噪比差。

Cor2的僵尸就像你的听觉。该仪器足够敏感，以非常详细地将电晕图像图像，但实际上，其测量因噪声污染 - 来自空间环境，甚至仪器本身的布线。森林和他的同事的关键创新正在识别和分离出噪音，提高信噪比并以前所未有的细节揭示外观。

analysisthe迈出
了提高信噪比的第一步：更长的曝光图像。更长的曝光允许更多的光进入检测器并减少噪声水平 - 团队估计每个图像的噪声减少2.4因子，并且在20分钟内结合它们时为10倍。

但其余步骤达到复杂的算法，设计和测试以从嘈杂的测量中提取真正的电晕。

它们从背景恒星中滤出了光线（在不是真正的电晕的图像中创建明亮的斑点）。它们纠正了较小的（几毫秒）差异，相机的快门打开了多长时间。他们从所有图像中删除了基线亮度，并将其归一化其如此亮起区域不会清除调光器。

但最具挑战性的障碍之一是Corona所固有的：由于太阳风，运动模糊。为了克服这种噪声来源，DefeRest和同事率为一项特殊的算法来平滑他们的图像。

来自NASA的立体声宇宙飞船（左）和计算机处理（右）的太阳风的景色。科学家们使用了一种算法来暗淡明星和灰尘的外观，在微弱的太阳风中的图像中的图像。学分：美国宇航局的戈达德太空飞行中心/ Craig Deforest，Swri

顺利平滑 - 用扭曲
，你做过“双重”，你知道有关在时间平滑的事情。双重浏览一瞥，验证您的第一个 - 只是将两次“测量”结合在不同时间的低技术方式，进入一个测量，以便您可以更自信。

在时间平滑将此想法变为算法。原理很简单：取两个（或更多）图像，将它们重叠，并将其平均像素值一起。图像之间的随机差异最终会取消，仅留下它们之间的一致性。

但是，当涉及到电晕时，存在问题：这是一种动态，持续移动和变化的结构。太阳能材料总是远离阳光，成为太阳风。在时间平滑会产生运动模糊 - 你在移动物体的照片中看到的那种模糊。如果你的目标是看到细节，那就是一个问题。

要从太阳风中撤消运动模糊，科学家使用了一种新颖的程序：虽然它们进行了平滑，但它们估计了太阳风的速度，并与其一起移动了图像。

要了解这种方法的作用，请考虑以汽车驱动过去的高速公路的快照。如果您简单地重叠了您的图像，结果将是一个大模糊的混乱 - 在每个快照之间发生太多。

但是，如果你能淘汰交通的速度并与它换档，那么突然，特定汽车的细节将变得可见。

对于森林和他的裁员，汽车是电晕的细尺结构，高速公路交通是太阳风。

当然，电晕中没有速度限制标志告诉你有多快的东西。对于在平均前移动图像的速度准确，它们逐个像素的像素像素，彼此相关联，以计算它们的图像。最终他们发现了甜点，其中图像的重叠部分尽可能相似。换档量相当于每秒约136英里的平均太阳风速。通过该金额将每个图像转移，它们排出图像并平滑，或将它们平均在一起。

“我们平滑，不仅仅在太空，而不是及时，而是在一个移动的坐标系中，”Deforest说。“这使我们能够创造不通过风速确定的运动模糊，而是通过风中的功能变化的快速变化。”

现在，Demorest和他的合作者拥有高质量的电晕图像 - 以及告诉它随着时间的推移有多变化的方式。

结果最
令人惊讶的发现不是特定的物理结构 - 它是本身和本身的物理结构的简单存在。

与动态，动荡的内部电晕相比，科学家们考虑了外部电晕，是光滑和均匀的。但是，光滑度只是信噪比不佳的伪像：

“当我们尽可能多地删除噪音时，我们意识到电晕是结构的，一直到仪器的光学分辨率，”Demorest说。

就像你看到的芬芳叶片，只有在你近距离接近时，电晕的复杂物理结构是以前所未有的细节揭示的。从这种物理细节中，出现了三个主要结果。

由太阳能和光星观测所观察到2002年2月14日的冠状飘带（SOHO）宇宙飞船观察。森林森林和他的同轴职作品表明，这些结构实际上由许多含有许多磷的细股。学分：NASA / Lasco.

冠状杂交型圈子的
结构 - 也称为头盔飘带，因为它们类似于骑士的尖尖头盔 - 是具有增强磁性活动的太阳区域的明亮结构。在太阳蚀期间，在太阳风中磁环在太阳风中延伸到尖尖的尖端，并且可以爆发成冠状质量喷射，或者CMES，将阳光的部分的大量物质爆发成围绕空间。

森林和他的同革加工立体观测揭示了飘带本身比以前想象的更具结构化。

“我们发现的是，没有单一的流媒体，”Deforest说。“炉子本身由无数细股组成，共同平均生产更亮的功能。”

alfvén地区的
电晕目的和太阳风开始了吗？一个定义指向Alfvén表面，一个理论边界，太阳风从波开始移动的速度比波浪就可以通过它向后行驶。在这个边界区域，发生在行驶太阳能材料的点处的干扰永远不会向后向后移动以到达太阳。

“通过过去alfvén表面的材料永远丢失在太阳上，”Deforest说。

物理学家长期以来相信Alfvén表面就是那个 - 一个表面，或片状层，太阳风突然达到临界速度。但那不是发现的违法行为和同事。

“我们得出的结论是没有干净的alfvén表面，”Deforest说。“有一个宽阔的”无人土地“或”阿尔夫弗“区，太阳风逐渐与太阳断开，而不是一个清晰的边界。”

观察结果揭示了一种拼凑的框架，在距离太阳的给定距离，一些等离子体足够快地移动以停止向后通信，附近的速率不是。溪流足够接近，足够精细，搅拌alfvén表面的自然边界，在电晕和太阳风之间产生宽的部分断开区域。

10个太阳能射线的谜
团紧密看冠状结构也提出了新的问题。

用于估计太阳风的速度的技术精确地定位了太阳表面的高度，或距离，事情正在迅速变化。那就是球队注意到有趣的东西。

“我们发现，大约10个太阳能线索存在相关性，”Demorest说。

在10个太阳能半径的距离处，即使是背对背图像也停止匹配。但是，他们变得更加相似，距离更远 - 这意味着它不仅仅是距离太阳越远。它就好像事情突然发生变化，一旦它们达到10个太阳能半径。

“相关性在10个太阳半径较弱的事实意味着在那里发生一些有趣的物理，”Demorest说。“我们不知道现在还有什么，但我们确实知道它会有趣。”

我们从赫斯特地区发
现的发现，在太阳风的复杂来源的源泉中，在长期辩论中创造进展。虽然立体声观察不会解决问题，但该团队的方法在太阳晒 - 风链中开辟了缺失的链接。

“我们看到太阳风中的所有这些变异性在击中了地球的磁影，我们的目标之一是询问是否有可能在太阳下形成可变性。事实证明，答案是肯定的，“viall说。

“它允许我们第一次通过电晕真正探测连接，并调整我们认为磁场与太阳风相比的磁场有多么纠结，”Deforest添加了。

这些第一个观察还提供了对NASA即将到来的帕克太阳能探头找到的关键洞察，因为第一个在外的太阳能电晕内收集测量的任务。该航天器将距离8.86太阳线的距离，右侧进入可能发现有趣的区域。森林和同事的结果允许他们预测帕克太阳能探头可能在该地区观察到的。

“我们应该期望在各处的密度，磁波动和重新连接中的陡峭波动，并且没有明确定义的Alfvén表面，”Deforest表示。

通过Parker Solar探头辅成的原位测量，长时间的曝光成像和降噪算法对于我们对我们最接近的明星的理解变得更加有价值。

该研究得到了NASA的授予，与明星有针对性的研究和技术方案的融合。

出版物：C. E. Deforest等，等，“高度结构化的外太阳电晕，2018年的AJ; DOI：10.3847 / 1538-4357 / AAC8E3