太陽(yáng)發(fā)電機(jī)拼圖的一個(gè)被忽視的部分

在太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的等離子體中，一種以前未被發(fā)現(xiàn)的機(jī)制正在起作用：一種磁性不穩(wěn)定性，科學(xué)家們認(rèn)為在這種條件下物理上是不可能的。Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)，利茲大學(xué)和波布坦州萊布尼茲天體物理學(xué)研究所(AIP)的研究人員在《物理評(píng)論流體》(Physical Review Fluids)雜志上說(shuō)，這種影響甚至可能在形成太陽(yáng)磁場(chǎng)中起關(guān)鍵作用。。

就像巨大的發(fā)電機(jī)一樣，太陽(yáng)磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的。為了更好地理解這種自我增強(qiáng)機(jī)制，研究人員必須闡明太陽(yáng)等離子體中的過(guò)程和流動(dòng)。不同區(qū)域的不同轉(zhuǎn)速和太陽(yáng)內(nèi)部的復(fù)雜流動(dòng)共同產(chǎn)生磁場(chǎng)。在此過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生異常的磁效應(yīng)，例如新發(fā)現(xiàn)的磁不穩(wěn)定性。

對(duì)于最近觀察到的磁旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性(MRI)的特殊情況，研究人員創(chuàng)造了“超級(jí)HMRI”一詞。這是一種磁性機(jī)制，會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)電流體和氣體變得不穩(wěn)定。這種情況的特殊之處在于，超級(jí)HMRI所要求的條件與在太陽(yáng)赤道附近的等離子體中存在的條件完全相同，在該條件下，天文學(xué)家觀察到的太陽(yáng)黑子最多，因此太陽(yáng)的磁活動(dòng)最大。但是，到目前為止，這種不穩(wěn)定性在太陽(yáng)中完全沒(méi)有被注意到，并且還沒(méi)有集成到太陽(yáng)發(fā)電機(jī)模型中。

盡管如此，眾所周知，磁場(chǎng)的不穩(wěn)定性在宇宙的許多過(guò)程中都至關(guān)重要。例如，恒星和行星是由大型的灰塵和氣體旋轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生的。在沒(méi)有磁場(chǎng)的情況下，這個(gè)過(guò)程將是莫名其妙的。磁性不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致圓盤內(nèi)的氣流產(chǎn)生湍流，從而使質(zhì)量塊凝聚成一個(gè)中心物體。就像橡皮筋一樣，磁場(chǎng)連接以不同速度旋轉(zhuǎn)的相鄰層。它會(huì)加速邊緣處較慢的物質(zhì)粒子，并減慢內(nèi)部較快的物質(zhì)。有離心力強(qiáng)度不夠，物質(zhì)就會(huì)塌陷到中心。在太陽(yáng)赤道附近，它的行為恰恰相反。內(nèi)層的移動(dòng)速度比外層慢。到目前為止，專家們一直認(rèn)為這種流動(dòng)剖面在物理上非常穩(wěn)定。

HZDR，利茲大學(xué)和AIP的研究人員仍然決定對(duì)其進(jìn)行更徹底的研究。在圓形磁場(chǎng)的情況下，他們已經(jīng)計(jì)算出，即使流體和氣體在外部旋轉(zhuǎn)得更快，也可能發(fā)生磁不穩(wěn)定。但是，僅在不切實(shí)際的條件下：旋轉(zhuǎn)速度必須朝著外邊緣過(guò)大地增加。

現(xiàn)在嘗試另一種方法，他們的研究基于螺旋磁場(chǎng)。HZDR的弗蘭克·史蒂芬妮(Frank Stefani)回憶說(shuō)：“我們并沒(méi)有抱太大的期望，但是后來(lái)我們感到真正的驚喜。”因?yàn)楫?dāng)?shù)入x子體的旋轉(zhuǎn)層之間的速度僅略微增加時(shí)，磁性不穩(wěn)定已經(jīng)發(fā)生了。在最靠近赤道的太陽(yáng)區(qū)域。

Stefani估計(jì)：“這種新的不穩(wěn)定性可能會(huì)在產(chǎn)生太陽(yáng)磁場(chǎng)中發(fā)揮重要作用。” “但是為了確認(rèn)這一點(diǎn)，我們首先需要進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)值復(fù)雜的計(jì)算。” AIP的GüntherRüdiger教授補(bǔ)充說(shuō)：“天體物理學(xué)家和氣候研究人員仍然希望更好地了解黑子的周期。也許我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的'Super HMRI'將邁出決定性的一步。我們將對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)。”

跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)?wèi){借其在磁流體動(dòng)力學(xué)和天體物理學(xué)方面的各種專業(yè)知識(shí)，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室，紙上以及借助復(fù)雜的模擬方法研究磁不穩(wěn)定性已有15年以上的歷史?？茖W(xué)家們希望改善物理模型，了解宇宙磁場(chǎng)并開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的液態(tài)金屬電池。由于密切合作，他們?cè)?006年設(shè)法首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了磁旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性理論。他們現(xiàn)在正在計(jì)劃針對(duì)理論上預(yù)測(cè)的特殊形式的測(cè)試：在HZDR的DRESDYN項(xiàng)目中目前正在建立的大規(guī)模實(shí)驗(yàn)中，他們希望在實(shí)驗(yàn)室中研究這種磁不穩(wěn)定性。