科学家揭示太阳“降雨”成因 元素变化加速太阳等离子体冷却

长期以来，天文学家一直未能解释“太阳雨”如何在太阳耀斑等剧烈活动中快速形成。现有模型都假设，日冕各种元素的分布在空间和时间上保持不变，但团队发现，这一假设严重影响了对太阳大气的真实理解。实际情况是，太阳日冕中的元素配比会随时间和区域发生变化，而这些变化正是太阳雨快速形成的关键。

此次，研究人员升级了名为HYDRAD的太阳等离子体模拟工具，让低电离能元素（如铁等）在模型中随时间和空间动态变化。在这一新模型中，他们特别追踪这些低电离能元素的迁移和变化规律，并将其与真实观测中的太阳雨事件进行比对，结果高度吻合。

具体过程如下：太阳下层的高温等离子体沿磁力线“蒸发”升起（称为色球蒸发），并流入日冕环路。环路的大部分区域低电离元素含量降低，唯有顶端（即环路顶点）元素增加，导致顶端区域辐射损失增强，使等离子体快速冷却和凝结，进而形成太阳雨。这一机制在耀斑剧烈加热下尤为明显。

该团队还强调，目前任何其他太阳模型都未考虑辐射过程与元素分布变化之间的关联，而这种时空动态元素分布恰是理解日冕等离子体冷却、太阳雨形成的核心。通过改进模拟，科学家不仅提升了模型本身的精度，还有望推动磁流体动力学研究的新进展。

观测结果也佐证了模型预测：如Hinode/EIS卫星发现太阳雨携带复杂的元素“指纹”，雨滴显示出类似光球层的硅/硫比，而周围高温等离子体则呈现出类似日冕的钙/氩比，这与新模型对色球蒸发和元素行为的描述完全一致。

项目参与者Luke Benavitz表示，动态元素分布下的模型终于能与实际观测完美匹配，“让物理过程变得有血有肉”。合著者Jeffrey Reep补充道，这一发现可帮助科学家重新理解太阳加热机制，修正过往因元素处理不当导致的冷却时长估算误差，并催生更多新研究。

相关论文已发表在《天体物理学杂志》。