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世界难题!日冕温度为何这么高?看科学家如何研究强制磁重联现象

2020-04-21 作者:

在太阳天文学的研究过程中,科学家们注意到太阳的磁场线会周期性地被打破和重新校准。这被称为磁重联,它重新排列个体的磁拓扑,并将磁能转化为动能、热能和加速度。

但是在观察太阳的时候,一组印度天文学家目睹了一个前所未有的现象——附近火山爆发引发的磁场重联。这一观察证明了有十年历史的磁场重联和外部驱动理论。这也可能导致我们对太空空气体、受控变化和等离子体实验理解的颠覆性变化。

负责这一发现的团队由印度理工学院(BHU)的太阳能科学家阿比舍克·斯里瓦斯塔瓦领导。该团队包括南波西米亚大学、北京大学地球与+科学研究所、数学等离子体中心的天体物理学家、印度天体物理研究所和阿尔玛天文台。

斯利瓦斯塔瓦和他的同事利用美国宇航局太阳动力学观测站的数据来观察磁暴,这与其他爆炸不同。它从太阳大气层的上层开始,由于太阳表面的爆发而放射出许多物质(日冕)。在那之后,物质开始回落到地面,但接着它遇到了一团纠缠在一起的磁力线,从而引发了一场磁暴。

正如印度理工学院(BHU)的太阳能科学家斯里瓦斯塔瓦所说:“这是对磁场重联和外部驱动的首次观察。这对理解其他系统可能非常有用。例如,地球和其他行星的磁气圈,或者其他磁化等离子体源。在实验室进行的实验中,等离子体具有高扩散性,很难控制。”

曾经,在太阳和地球周围观察到的磁场重联是自发的,并且仅在太阳处于特定区域时发生,该特定区域包括一薄层电离气体(等离子体),其只能传导电流并且非常弱。

尽管15年前由爆炸引起的强迫磁场重联的可能性被提出,但科学家们从未用自己的眼睛观察过这一现象。这种磁场重联的可能性可能发生在等离子体片或导电电阻较低的地方。但是它也需要爆炸来触发,因为爆炸可以挤压等离子体和磁场,使它们磁性地重新连接。

(根据空间数据组织收集的数据,太阳磁场线的艺术表现。资料来源:美国航天局/GSFC/太阳动力学观测站)

利用单粒子加速器,该团队可以通过检测太阳的波长(粒子被加热到100万到200万摄氏度之间)来研究等离子体。这让他们有史以来第一次观察和拍摄日冕中的强迫重联。它从日冕回落到光球层,与无序的磁场线碰撞,最后与X型磁场重新连接。

磁重联为我们提供了一个可能的解释,为什么日冕实际上比低层大气热几百万度。这一直是天文学中的一个谜。为了解决这个问题,太阳能科学家花了几十年时间寻找一种可能产生这种热量的机制。

考虑到这一点,斯利瓦斯塔瓦和他的团队观察了多个紫外线波长的等离子体,以计算磁重联后的温度。数据显示这些区域将变得更热,这表明强制磁场重联可能是局部加热的原因。

尽管自发磁场重联可能是一个因素,但强制磁场重联似乎更具反应性,并能以可控的方式更快地将等离子体带到更高的温度。同时,斯利瓦斯塔瓦和他的同事将继续寻找更多的重新连接时间,以更好地理解潜在的机制和发生频率。

这些研究结果也将导致更多的太阳能研究,看看爆炸事件(太阳耀斑和日冕物质抛射)是否会导致强迫重联。因为这些爆发是太阳大气背后的驱动力,可能对地球的卫星和电子基础设施造成严重损害,所以进一步深入研究强迫磁重联将对建立预测模型有很大帮助。

另一方面,这些措施可以使我们对太阳耀斑或射弹采取先发制人的预警措施。通过了解外部驱动器如何执行强制磁场重联,实验室可以走得更远,特别是在核聚变实验中,科学家们一直在寻找控制过热等离子流的方法。

作者:universetoday

风云:莫

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