Forward synthesis of an extreme He I 10830 Å blueshifted profile during a solar flare
本文报告了利用升级后的 GREGOR 望远镜 GRIS 仪器成功实现了对一次 M4.5 级太阳耀斑期间观测到的极端 He I 10830 Å 蓝移轮廓的前向合成，揭示了该轮廓源于沿视线方向近乎连续分布的色球层速度，而非独立的层状结构。
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太阳并非一个静态的火球，而是一个不断变化且不断爆发的、翻腾着的磁性大气层。为了理解能量如何从太阳深处向外层移动，科学家们研究来自太阳表面不同部分的光。观察这一过程的一个特定窗口是氦气产生的一条光谱线，这种气体存在于被称为色球层的太阳高层大气中。在正常情况下，这种氦气会在非常特定的颜色处吸收光线，从而在光谱中产生一个小凹陷。然而，当太阳处于活跃状态（例如太阳耀斑期间）时，气体可以移动得极其迅速。如果那部分气体向着地球奔涌而来，它所吸收的光就会向光谱的蓝色端偏移，这种现象被称为蓝移。几十年来，地球上的仪器在向蓝色端观测方面一直受到限制，这意味着太阳气体最快、最极端的运动往往是不可见的，隐藏在可见范围的边缘之外。
2024年，天文学家团队升级了一台名为GREGOR的强大太阳望远镜，以修复这一盲点。通过调整设备，他们能够捕捉到更广泛的色彩范围，终于揭示了这些快速运动的全貌。2025年5月31日，在观测太阳的一个大型活跃区时，该团队目睹了一次M4.5级太阳耀斑，这是一次显著的能量爆发。在此次事件中，他们记录到了一个前所未见的氦吸收轮廓：一段向蓝色端大幅延伸的、深而宽的缺失光带，这表明气体的运动速度达到了此前无法检测到的水平。研究人员随后开始致力于理解究竟什么样的大气结构能产生如此异常的特征。
为了解开这个谜团，团队使用了一个复杂的计算机模型来模拟光线穿过太阳大气的过程。他们并没有试图寻找单一、简单的解释，而是构建了一个由二十八层薄薄的气体层堆叠而成的模型，代表了从望远镜到太阳的视线方向。每一层都被分配了不同的速度，范围从近乎静止到向观测者方向奔涌的惊人280公里/秒。该模型还包含了来自太阳低层表面的附近硅线的效应，随着气体运动加快，该硅线会与氦信号发生混合。通过仔细调整每一层的密度和速度，研究人员成功地重现了观测到的精确光曲线形状，匹配了深邃且延伸的蓝色尾部以及与硅线的复杂混合。
结果表明，这种极端的蓝移并非由单次、孤立的气体喷发引起，也不是由许多个以不同速度运动的独立云团组成的。相反，模型参数的平滑且系统性的变化表明，该区域的太阳大气表现为一种连续的加速流。气体以一种相干流的形式运动，其速度在向上观察时稳步增加，从而创造出一种近乎连续的速度分布。这种解释挑战了“此类复杂轮廓仅仅是许多独立结构杂乱堆积”的观点；相反，它指向了一个高度组织化、快速加速的等离子体柱。团队发现，涉及的气体总量非常可观，其光学厚度显著大于在其他太阳耀斑研究中所见的水平。
这一发现凸显了新升级仪器的力量，它使得探测此前无法触及的速度成为可能。研究证实，最剧烈的太阳事件可以将色球层气体驱动至接近280公里/秒的速度，产生延伸至远超旧仪器极限的光谱特征。虽然驱动这一特定加速的具体物理机制仍是一个有待进一步研究的课题，但建模过程提供了一个产生该观测现象所需的大气结构的清晰图景。这项工作证明，看似数据中一条奇异的谱线，实际上是庞大且连续的太阳物质流的特征指纹，为观察我们恒星大气的剧烈与动态变化开启了一个新的窗口。
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