DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ae2658
تاريخ النشر: 2026-01-21
المؤلف: Benjamin Boe وآخرون
الموضوع الرئيسي: ديناميات البلازما الشمسية والفضائية
نظرة عامة
في هذه الدراسة، نبلغ عن ملاحظات ضيقة النطاق لخطوط انبعاث الكورونا Fe XIV (530.3 نانومتر)، Fe X (637.4 نانومتر)، وFe XI (789.2 نانومتر) خلال الكسوف الشمسي الكلي في 20 أبريل 2023، في أستراليا. باستخدام أزواج من التلسكوبات المزودة بمرشحات ضيقة النطاق، قمنا بقياس الانبعاثات من هذه الخطوط بنجاح من 1.03 نصف قطر شمسي ($R_\odot$) إلى ما لا يقل عن 6 $R_\odot$. لتعزيز دقة قياساتنا، استخدمنا تلسكوبات مستمرة ثانوية لأخذ في الاعتبار المساهمات المستمرة المجمعة من الإلكترونات K والغبار في الكورونا، والتي تكون مهمة عند الأطوال الموجية الضوئية وتحت الحمراء.
تشمل نتائجنا المعايرة المطلقة لسطوع خطوط الانبعاث والامتداد مقابل القرص الشمسي، والتي تم تأكيدها من خلال الملاحظات المتزامنة من LASCO-C2. ومن الجدير بالذكر أننا استخلصنا نسب انبعاث الخطوط عبر الكورونا الوسطى (من 1.5 إلى 6 $R_\odot$) للمرة الأولى، مما يوفر رؤى حول درجة حرارة الإلكترون، وهو أمر حاسم لفهم تسخين الكورونا وتكوين الرياح الشمسية. تسلط هذه الدراسة الضوء على قيمة ملاحظات الكسوف في تقدم فيزياء الكورونا وتشير إلى أن بعثات الفضاء المستقبلية يمكن أن توسع هذه الملاحظات إلى أبعد من ذلك في الكورونا مما تم تحقيقه سابقًا.
مقدمة
تستعرض مقدمة هذه الورقة البحثية السياق التاريخي والتطورات في ملاحظة خطوط الانبعاث الأيونية في الكورونا الشمسية، بدءًا من الكشف الأول عن الخط “الأخضر” عند 530.3 نانومتر خلال الكسوف الشمسي الكلي عام 1869. تم التعرف على هذا الخط، إلى جانب الخط “الأحمر” عند 637.4 نانومتر، لاحقًا على أنه Fe XIV وFe X، على التوالي. سمح تطوير الكوروناغراف من قبل ليون بتحديد خطوط كورونية إضافية، مما عزز بشكل كبير القدرات الرصدية. على مر العقود، وسعت أدوات مختلفة، بما في ذلك الكوروناغراف الطيفي بزاوية كبيرة (LASCO) ومقياس الطيف الكوروناغرافي فوق البنفسجي (UVCS) على المرصد الشمسي والهليوسفير (SOHO)، نطاق ارتفاعات الكورونا القابلة للرصد، مع السماح بالتطورات الأخيرة بملاحظات انبعاث Ly-α حتى 9 أضعاف نصف قطر الشمس.
تؤكد المقدمة على أهمية انبعاثات الخطوط الأيونية لفهم الخصائص الفيزيائية للكورونا الشمسية، خاصة فيما يتعلق بدرجة حرارة الإلكترون وديناميات الرياح الشمسية. بينما قدمت الملاحظات في الأطوال الموجية فوق البنفسجية القاسية (EUV) والأشعة السينية بيانات قيمة، إلا أنها محدودة في النطاق وقدرات التشخيص مقارنة بالانبعاثات المرئية وتحت الحمراء القريبة. أظهرت الجهود الأخيرة إمكانية ملاحظة الانبعاثات الأيونية من Fe XIV وFe X وFe XI حتى 6 أضعاف نصف قطر الشمس، خاصة خلال الكسوف الشمسي الكلي في 20 أبريل 2023. تهدف هذه الدراسة إلى استكشاف هذه الانبعاثات في الكورونا الوسطى، مما يساهم في فهم أعمق لعمليات تسخين الكورونا وتكوين الرياح الشمسية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح النتائج التي توصلت إليها الدراسة، مع تسليط الضوء على الاتجاهات البيانية المهمة، والتحليلات الإحصائية، وأي علاقات ملحوظة بين المتغيرات. عادةً ما تكون النتائج مدعومة بأشكال، جداول، أو معادلات توضح النتائج بشكل كمي.
في هذا القسم، قد يناقش المؤلفون أيضًا تداعيات نتائجهم فيما يتعلق بالفرضيات المطروحة في بداية الدراسة. يتم تناول أي نتائج غير متوقعة أو شذوذ، مما يوفر فهمًا شاملاً لتداعيات البحث. بشكل عام، تساهم النتائج في المجال الأوسع للدراسة من خلال تأكيد أو تحدي النظريات الموجودة واقتراح طرق للبحث المستقبلي.
المناقشة
قدمت بعثة الكسوف الشمسي الكلي لعام 2023 (TSE) رؤى مهمة حول الكورونا الشمسية خلال كسوف هجين يحدث بالقرب من ذروة الدورة الشمسية 25. تم إجراء الملاحظات بشكل أساسي من إكسماوث، أستراليا، حيث استمرت الكلية لمدة 53.8 ثانية، وموقع ثانوي في جزر لويندال، التي شهدت الكلية لمدة 61.9 ثانية. استفادت كلا الموقعين من ظروف مثالية، مما سمح بجمع بيانات عالية الجودة باستخدام مجموعة من أنظمة التصوير بالضوء الأبيض والتصوير الضيق النطاق. كشفت الملاحظات عن هياكل مفصلة للكورونا، بما في ذلك سلسلة بالمر لخطوط الهيدروجين والخط البارز Fe XIV، الذي كان قويًا بشكل خاص في خطوط المجال المغلقة التي تشير إلى درجات حرارة أعلى.
أظهر تحليل انبعاثات الخطوط من Fe XIV وFe X وFe XI هياكل درجة حرارة متميزة داخل الكورونا، حيث بلغت انبعاثات Fe XIV ذروتها في مناطق المجال المغلق عند درجات حرارة تتراوح بين 1.6 إلى 2.4 ميغا كلفن، بينما كانت انبعاثات Fe X، المرتبطة بالبلازما الأكثر برودة (0.7 إلى 1.4 ميغا كلفن)، أكثر انتشارًا في المناطق ذات المجال المفتوح. استخدمت الدراسة نسب انبعاث الخطوط لاستكشاف الحالة الفيزيائية للكورونا، مما يكشف عن انتقال من كورونا سفلية ذات هيكل عالٍ إلى كورونا خارجية أكثر تجانسًا بعد 3 R⊙. تشير النتائج إلى أن الكورونا تظهر هيكلًا حراريًا معقدًا يتأثر بكل من آليات الإثارة التصادمية والإشعاعية، مع تداعيات لفهم عمليات تسخين الكورونا. بشكل عام، تساهم بيانات البعثة في فهم أعمق للديناميات الشمسية وسلوك الكورونا خلال ظروف الذروة الشمسية.
DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ae2658
Publication Date: 2026-01-21
Author(s): Benjamin Boe et al.
Primary Topic: Solar and Space Plasma Dynamics
Overview
In this study, we report on narrowband observations of the Fe XIV (530.3 nm), Fe X (637.4 nm), and Fe XI (789.2 nm) coronal emission lines during the Total Solar Eclipse on April 20, 2023, in Australia. Utilizing pairs of telescopes equipped with narrowband filters, we successfully measured the emissions from these lines from 1.03 solar radii ($R_\odot$) to at least 6 $R_\odot$. To enhance the accuracy of our measurements, we employed secondary continuum telescopes to account for the combined continuum contributions from K-electrons and dust in the corona, which are significant at optical and infrared wavelengths.
Our findings include absolute calibration of the brightness of the emission lines and continuum against the solar disk, corroborated by simultaneous observations from LASCO-C2. Notably, we derived the line emission ratios throughout the middle corona (1.5 to 6 $R_\odot$) for the first time, providing insights into the electron temperature, which is crucial for understanding coronal heating and solar wind formation. This research highlights the value of eclipse observations in advancing coronal physics and indicates that future spacecraft missions could extend these observations even further into the corona than previously achieved.
Introduction
The introduction of this research paper outlines the historical context and advancements in the observation of ionic emission lines in the solar corona, beginning with the initial detection of the “Green” line at 530.3 nm during the 1869 Total Solar Eclipse. This line, along with the “Red” line at 637.4 nm, was later identified as Fe XIV and Fe X, respectively. The development of the coronagraph by Lyot allowed for the identification of additional coronal lines, significantly enhancing observational capabilities. Over the decades, various instruments, including the Large-Angle Spectrometric COronagraph (LASCO) and the Ultraviolet Coronagraph Spectrometer (UVCS) on the Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), have expanded the range of observable coronal heights, with recent advancements allowing observations of Ly-α emission out to 9 solar radii.
The introduction emphasizes the importance of ionic line emissions for understanding the solar corona’s physical properties, particularly in relation to electron temperature and solar wind dynamics. While observations in extreme ultraviolet (EUV) and X-ray wavelengths have provided valuable data, they are limited in range and diagnostic capabilities compared to visible and near-infrared emissions. Recent efforts have demonstrated the potential for observing ionic emissions from Fe XIV, Fe X, and Fe XI up to 6 solar radii, particularly during the 2023 April 20 Total Solar Eclipse. This study aims to explore these emissions in the middle corona, contributing to a deeper understanding of coronal heating and solar wind formation processes.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of the study, highlighting significant data trends, statistical analyses, and any observed relationships between variables. The results are typically supported by figures, tables, or equations that illustrate the findings quantitatively.
In this section, the authors may also discuss the implications of their results in relation to the hypotheses posed at the outset of the study. Any unexpected outcomes or anomalies are addressed, providing a comprehensive understanding of the research implications. Overall, the results contribute to the broader field of study by confirming or challenging existing theories and suggesting avenues for future research.
Discussion
The 2023 Total Solar Eclipse (TSE) expedition provided significant insights into the solar corona during a hybrid eclipse occurring near the peak of Solar Cycle 25. Observations were primarily conducted from Exmouth, Australia, where totality lasted 53.8 seconds, and a secondary site in the Lowendal Islands, which experienced totality for 61.9 seconds. Both sites benefited from optimal conditions, allowing for the collection of high-quality data using a combination of white-light and narrowband imaging systems. The observations revealed detailed structures of the corona, including the Balmer series of hydrogen lines and the prominent Fe XIV line, which was particularly strong in closed field lines indicative of higher temperatures.
The analysis of line emissions from Fe XIV, Fe X, and Fe XI demonstrated distinct temperature structures within the corona, with Fe XIV emissions peaking in closed field regions at temperatures around 1.6 to 2.4 MK, while Fe X emissions, associated with cooler plasma (0.7 to 1.4 MK), were more prevalent in open-field areas. The study utilized emission line ratios to probe the physical state of the corona, revealing a transition from a highly structured lower corona to a more uniform outer corona beyond 3 R⊙. The findings suggest that the corona exhibits a complex thermal structure influenced by both collisional and radiative excitation mechanisms, with implications for understanding coronal heating processes. Overall, the expedition’s data contribute to a deeper understanding of solar dynamics and the behavior of the corona during solar maximum conditions.