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大红球——科学家模拟太阳磁场的利器

我们的太阳,一个旋转的等离子球也会产生旋转的磁场。而太阳风可以在这个磁场薄弱的地方逃脱。

图解: 太阳风作用下的地球磁场艺术想象图

科学家第一次有能力在实验室中再现这个现象,这意味着我们可以近距离的研究围绕着我们恒星的奇异科学,而不需要穿越太阳系。

了解这个磁场及其相关等离子体流的行为对于增加我们对太阳风暴是如何与何时影响地球并对我们的通讯系统及基础设施产生潜在的压力是十分重要的。

图解:太阳圈电流片延伸到太阳系外,结果是来自太阳的旋转磁场影响到星际物质中的等离子体。

特别是一个在威斯康星大学麦迪逊分校实验室安装的微型太阳装置映射了帕克螺旋(以其发现者,美国太阳天体物理学家尤金·帕克命名)更广泛的影响。具体一点说,这就是太阳的磁场和其太阳风是如何像芭蕾舞者的裙子般穿过周围的行星。

图解:太阳磁场驾驭著大规模的等离子物质抛射。NOAA影像。

“太阳风是十分变化多端的,但本质上只有两种:高速太阳风和低速太阳风。”来自威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家伊森·彼得森说,“卫星任务非常好的记录了高速太阳风的来源,所以我们曾十分努力的探寻到底低速太阳风是如何形成的,并且是如何在向地球移动的过程中进化的。”

图解:太阳风作用下的地球磁场示意图

为了更深入的研究帕克螺旋和太阳风,彼得森和他的同事创造了大红球:一个空心的装有等离子体的球体,3米宽(将近10英尺),具有强大的磁铁及其中心和各种测量探头。

在这整个混合物被机器内的电流和磁力旋转之前,氦气要在十万摄氏度(十八万零三十二华氏度)的温度下被离子化以创造等离子体。

而科学家们最后得到的便是一个可在三维下持续监视的微型帕克螺旋。

“卫星测量结果与帕克螺旋模型相当一致,但一次只有一点,所以你永远也无法在实验室中制造一个同步且大型的它的图。”彼得森说,“我们的实验结果确认了帕克对于帕克螺旋是如何被这些等离子流创造的理论。”

在测量太阳磁场的拉伸和扭曲这些从未被广泛探索过的现象外,大红球还有能力产生它自己的等离子“嗝”—作为慢速太阳风的燃料的小等离子体急流。

第一次,科学家们得以细致的观察慢速太阳风是如何在高速等离子体接触到磁场薄弱点时产生的。

尽管这个小型的帕克螺旋无法完全复制那个在空间中展开的真的东西,它绝对能够帮助研究人员想出一些太阳磁场和等离子体循环是如何运转背后的物理和我们所能期待在未来能够从它们中得到什么。

图解:等离子体参数范围。纵轴为电子密度,横轴为温度。金属内的自由电子可以视为电子等离子体。

研究人员强调这不意味着未来就不需要太阳探测器任务:以帕克太阳探测器为例,该探测器已经在去太阳的路上。它将要下沉到阿尔芬表面-太阳表面上太阳风诞生的地方-以下以比任何时候都更精细的测量这些太阳风。

与此同时,大红球可供其他研究人员使用,进行测试并进行测量——这是了解我们太阳系的一个潜在的关键资源。

“我们的研究表明实验室中的实验也可以得到这些过程的基本物理原理。”彼得森说,“并且由于大红球已是用户设施,它向科学界表明:如果你想研究太阳风的物理,你可以在这里研究。”

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. 森日立- DAVID NIELD- sciencealert

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翻译:天文志愿文章组-森日立

审核:天文志愿文章组-

终审:天文志愿文章组-PN结

排版:天文志愿文章组-零度星系

美观:天文志愿文章组-

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自:https://www.sciencealert.com/scientists-have-recreated-the-sun-s-spiralling-magnetic-field-and-solar-winds-in-a-lab?perpetual=yes&limitstart=1

必须保留原文链接!!,请自行插入原文链接

本文由天文志愿文章组-森日立翻译自DAVID NIELD的作品,如有相关内容侵权,请于三十日以内联系运营者删除。

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