據(jù)外媒報道，1998年，《自然》雜志發(fā)表了一篇開創(chuàng)性的文章，結(jié)論是在太陽大氣層的鈉原子發(fā)出的光中發(fā)現(xiàn)了神秘的極化信號，這意味著太陽色球?qū)?太陽大氣層的一個非常重要的層)實(shí)際上是沒有磁化的，這與人們的普遍看法截然不同。 這個悖論激發(fā)了實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和理論調(diào)查，但這些實(shí)驗(yàn)和調(diào)查不但沒有提供解決方案，反而提出了新的問題，甚至導(dǎo)致一些科學(xué)家質(zhì)疑輻射-物質(zhì)相互作用的量子理論。

在著名的 《物理評論快報》 2021年8月18日發(fā)表的一篇文章中，Ernest Alsina Ballester(IRSOL和IAC)、Luca Belluzzi(IRSOL)和Javier Trujillo Bueno(IAC)展示了這樣一個耐人尋味的悖論的解決方案，在過去幾十年里，這個悖論一直困惑著太陽物理學(xué)家。這項(xiàng)研究為在目前大口徑太陽望遠(yuǎn)鏡的新時代探索難以捉摸的太陽色球?qū)哟艌龃蜷_了一扇新的窗口。

25年前，在用新儀器蘇黎世成像偏振儀(ZIMPOL)分析太陽光的偏振時發(fā)現(xiàn)了一個神秘的信號。這個神秘的線性偏振信號出現(xiàn)在中性鈉的D1線的5896埃波長處，根據(jù)該線的量子數(shù)，這里不應(yīng)該有散射過程導(dǎo)致的線性偏振出現(xiàn)。因此，這個偏振信號是完全出乎意料的，它的解釋立即引起了激烈的科學(xué)辯論。兩年后，當(dāng)《自然》雜志發(fā)表了一封帶有解釋的信件時，這個謎團(tuán)進(jìn)一步加劇，它要求D1線低級別的子級數(shù)并不是平等地填充的。在該理論工作中，D1線神秘的偏振信號被很好地再現(xiàn)了出來。然而，所提出的解釋意味著太陽大氣層中被稱為色球?qū)拥膮^(qū)域是完全未被磁化的，這顯然與已有的結(jié)果相矛盾，而這些結(jié)果表明，太陽色球?qū)拥陌察o區(qū)域(太陽黑子之外)被高斯范圍內(nèi)的磁場所彌漫。這開啟了一個嚴(yán)重的悖論，多年來一直挑戰(zhàn)著太陽物理學(xué)家，甚至導(dǎo)致一些科學(xué)家質(zhì)疑原子-光子相互作用的量子理論。

2013年在IAC會議上實(shí)現(xiàn)了解決該悖論的第一個突破，當(dāng)時Luca Belluzzi和Javier Trujillo Bueno從理論上發(fā)現(xiàn)了一個新的機(jī)制，通過該機(jī)制可以在鈉D1線中產(chǎn)生線性極化，而不需要在D1線的低級別的群體不平衡。然而，這些研究人員給出的重要步驟是針對在沒有磁場的太陽大氣模型的理想化情況下。

在2021年8月18日發(fā)表在美國物理學(xué)會著名科學(xué)雜志《物理評論快報》上的一篇文章中，Ernest Alsina Ballester、Luca Belluzzi和Javier Trujillo Bueno展示了這個耐人尋味的悖論的解決方案，這個悖論自1998年以來一直困擾著太陽物理學(xué)家。如圖1所示，這個研究小組已經(jīng)能夠重現(xiàn)D1線極化的神秘觀察，在高斯范圍內(nèi)的磁場存在下。為了取得這一成果，有必要對這一偏振信號進(jìn)行有史以來最完整的理論建模，說明非常復(fù)雜的物理機(jī)制的共同作用。這需要三年的工作，通過洛迦諾-蒙蒂的Istituto Ricerche Solari (IRSOL)(隸屬于意大利南部大學(xué))和特內(nèi)里費(fèi)的加那利群島天體物理研究所(IAC)的POLMAG小組之間的密切合作進(jìn)行。

這一結(jié)果具有非常重要的影響。像在鈉的D1線中觀察到的線性偏振信號是非常有趣的，因?yàn)樗鼈兙幋a了太陽色球?qū)又写嬖诘碾y以捉摸的磁場的獨(dú)特信息。太陽大氣層的這一關(guān)鍵界面層，位于底層溫度相對較低的光球和上層數(shù)百萬度的日冕層之間，是太陽物理學(xué)中幾個持久問題的核心，包括對可能強(qiáng)烈影響我們這個依賴技術(shù)的社會的爆發(fā)性現(xiàn)象的理解和預(yù)測。眾所周知，磁場是太陽色球?qū)訅延^動態(tài)活動的主要驅(qū)動力，但我們對其強(qiáng)度和幾何形狀的經(jīng)驗(yàn)知識在很大程度上仍不令人滿意。太陽D1線極化這一長期存在的悖論的解決，證明了目前光譜線極化的量子理論的有效性，并在目前大口徑太陽望遠(yuǎn)鏡的新時代，為探索太陽大氣層的磁性打開了一扇新的窗口。

關(guān)鍵詞： 物理學(xué)家 科學(xué)界 太陽悖論 理論調(diào)查