太陽風(fēng)幾乎影響著太陽系的一切，強(qiáng)大的太陽風(fēng)和劇烈的等離子體都是異常危險(xiǎn)的，太陽風(fēng)可以破壞地球人造衛(wèi)星的功能，還能產(chǎn)生極光極光等等。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校物理學(xué)家的一項(xiàng)新研究在實(shí)驗(yàn)室里模擬了太陽風(fēng)，證實(shí)了太陽風(fēng)是如何發(fā)展的，并為未來太陽物理學(xué)研究提供了一個(gè)地球范圍內(nèi)的模型。太陽本質(zhì)上是一個(gè)由熱等離子體組成的大球：一種由電離氣體構(gòu)成的物質(zhì)高能狀態(tài)。

當(dāng)太陽自轉(zhuǎn)時(shí)，等離子體也在自轉(zhuǎn)，太陽核心等離子體運(yùn)動產(chǎn)生的磁場充滿了太陽大氣層，在離太陽表面一定距離的地方，也就是阿爾文表面，磁場減弱，等離子體脫離太陽，產(chǎn)生太陽風(fēng)。伊森·彼得森是威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校物理系的一名研究生，也是2019年7月29日發(fā)表在《自然物理》上這項(xiàng)研究的主要作者。衛(wèi)星任務(wù)已經(jīng)很好地記錄了快風(fēng)的來源，所以研究正試圖專門研究慢太陽風(fēng)是如何產(chǎn)生的，以及它在向地球移動時(shí)是如何演變的。

可能無法直接接觸到太陽的大等離子球，但研究人員確實(shí)可以接觸到下一個(gè)最好的東西：大紅色的球。這個(gè)大紅球是一個(gè)三米寬的空心球體，中心有一個(gè)強(qiáng)大的磁鐵，里面有各種各樣的探針。研究人員將氦氣泵入其中，使其電離形成等離子體，然后施加電流和磁場一起攪動等離子體，創(chuàng)造出近乎完美的太陽旋轉(zhuǎn)等離子體和電磁場的模擬。有了微型太陽，研究人員可以在球內(nèi)的許多點(diǎn)進(jìn)行測量，從而能夠在三維空間中研究太陽現(xiàn)象。

首先能夠重現(xiàn)帕克螺旋，這是一個(gè)充滿整個(gè)太陽系的磁場，以第一個(gè)描述太陽風(fēng)的科學(xué)家命名。在阿爾文表面之下，磁場直接從太陽輻射出來。但是在那個(gè)表面，太陽風(fēng)的動力學(xué)起了作用，把磁場拖進(jìn)了一個(gè)螺旋。衛(wèi)星測量數(shù)據(jù)與帕克螺旋模型非常一致，但只能在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，所以你永遠(yuǎn)不可能像我們在實(shí)驗(yàn)室里那樣，同時(shí)繪制出它的大規(guī)模地圖，實(shí)驗(yàn)測量證實(shí)了帕克的理論，即這些等離子體流是如何形成的，研究人員還發(fā)現(xiàn)了太陽等離子體“打嗝”的來源。

“打嗝”是一種周期性的小型等離子體噴射，為緩慢的太陽風(fēng)提供燃料。通過等離子體旋轉(zhuǎn)，探測了磁場和等離子體的速度。數(shù)據(jù)繪制了一個(gè)區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域等離子體運(yùn)動足夠快，磁場足夠弱，等離子體可以分裂并徑向噴射。這些噴射物是由衛(wèi)星觀測到，但沒有人知道是什么驅(qū)動它們，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了非常相似的打嗝現(xiàn)象，并確定了它們是如何發(fā)展的。

在地球上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是對衛(wèi)星任務(wù)的補(bǔ)充，而不是替代eme。例如2018年8月發(fā)射的帕克太陽能探測器，預(yù)計(jì)將到達(dá)甚至下降到阿爾文表面以下，它將提供以前從未獲得過的太陽風(fēng)的直接測量。研究表明，實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)也能了解這些過程的基本物理原理，因?yàn)檫@個(gè)紅色的大球現(xiàn)在是國家用戶設(shè)施，它對科學(xué)界說：如果你想研究太陽風(fēng)的物理，可以來在這里做。

博科園｜研究/來自：威斯康星大學(xué)麥迪遜分校

參考期刊《自然物理學(xué)》

DOI: 10.1038/s41567-019-0592-7

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