研究人員在地球上重建太陽的太陽風(fēng)和等離子體打嗝

太陽的太陽風(fēng)幾乎影響太陽系中的一切。它可以破壞地球衛(wèi)星的功能，并創(chuàng)造極光的光。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校物理學(xué)家的一項(xiàng)新研究模擬了實(shí)驗(yàn)室中的太陽風(fēng)，證實(shí)了它們?nèi)绾伍_發(fā)并為未來的太陽物理研究提供了一個(gè)地球模型。

我們的太陽基本上是一個(gè)熱等離子體的大球 - 一種由電離氣體組成的能量狀物質(zhì)。隨著太陽旋轉(zhuǎn)，等離子體也會(huì)旋轉(zhuǎn)。太陽核心中的等離子體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生充滿太陽大氣的磁場。距離太陽表面一定距離，稱為阿爾芬地面，這個(gè)磁場減弱，等離子體從太陽中脫離，形成太陽風(fēng)。

“太陽風(fēng)變化很大，但基本上有兩種類型：快速和慢速，”威斯康星大學(xué)麥迪遜分校物理系研究生，該研究的主要作者，7月29日在線發(fā)表于“ 自然物理學(xué)”雜志上。“衛(wèi)星任務(wù)已經(jīng)很好地記錄了快速風(fēng)的來源，因此我們試圖具體研究緩慢的太陽風(fēng)如何產(chǎn)生以及它在向地球傳播時(shí)如何演變。”

彼得森和他的同事，包括物理學(xué)教授卡里森林，可能無法直接進(jìn)入太陽的大等離子球，但他們確實(shí)可以獲得下一個(gè)最好的東西：大紅球。

Big Red Ball是一個(gè)三米寬的空心球體，中心有一個(gè)強(qiáng)磁鐵，里面有各種探頭。研究人員將氦氣泵入，電離以產(chǎn)生等離子體，然后施加電流，與磁場一起攪拌等離子體，產(chǎn)生近乎完美的旋轉(zhuǎn)等離子體和太陽電磁場的模擬。

通過它們的微型太陽，研究人員可以在球內(nèi)的許多點(diǎn)進(jìn)行測量，使他們能夠在三維空間中研究太陽現(xiàn)象。

首先，他們能夠重建Parker Spiral，這是一個(gè)充滿整個(gè)太陽系的磁場，以最初描述太陽風(fēng)的科學(xué)家命名。在Alfvén表面下方，磁場從太陽直接輻射出來。但在那個(gè)表面，太陽風(fēng)動(dòng)力學(xué)接管，將磁場拖入螺旋狀。

“衛(wèi)星測量與Parker Spiral模型非常一致，但一次只能在一個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行，因此您無法像在實(shí)驗(yàn)室中那樣同時(shí)制作大型地圖。” 彼得森說。“我們的實(shí)驗(yàn)測量證實(shí)了帕克關(guān)于它是如何通過這些等離子體流動(dòng)產(chǎn)生的理論。”

研究人員還能夠確定太陽的等離子體“打嗝”的來源，即小的，周期性的等離子體噴射，為緩慢的太陽風(fēng)提供燃料。通過等離子旋轉(zhuǎn)，他們探測了磁場和等離子體的速度。他們的數(shù)據(jù)映射了等離子體移動(dòng)得足夠快的區(qū)域，磁場足夠弱，等離子體可能會(huì)斷裂并徑向噴射。

彼得森說：“衛(wèi)星可以觀察到這些噴射，但沒有人知道是什么驅(qū)使它們。” “我們在實(shí)驗(yàn)中看到了非常相似的打嗝，并確定了它們的發(fā)展方式。”

研究人員強(qiáng)調(diào)，他們的地球?qū)嶒?yàn)補(bǔ)充但不替代衛(wèi)星任務(wù)。例如，2018年8月推出的派克太陽能探測器預(yù)計(jì)將達(dá)到甚至低于阿爾芬地面。它將提供以前從未獲得的太陽風(fēng)的直接測量。

“我們的工作表明，實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)也可以得到這些過程的基本物理學(xué)，”彼得森說。“因?yàn)榇蠹t球現(xiàn)在被資助為用戶設(shè)施，它向科學(xué)界說：如果你想研究太陽風(fēng)的物理學(xué)，你可以在這里做到這一點(diǎn)。”