科学家为了研究太阳风在实验室中打造了一颗迷你太阳

科学家无法站在太阳系之外综览太阳一些基本物理学表现,只好在小小实验室中打造一颗“迷你太阳”,准备用来研究太阳风行为。

科学家为了研究太阳风在实验室中打造了一颗迷你太阳插图1

在太阳日冕层(日全食时可被肉眼看到,看起来像狮子鬃毛)的高温下,氢、氦等原子被电离成带正电的质子、氦原子核和带负电的自由电子,这些带电粒子运动速度极快,能挣脱太阳引力束缚,以每秒800 公里的速度射向太阳外围形成太阳风。

太阳风的变化很大,基本上分成两种类型:高速太阳风和低速太阳风,目前一些卫星已经记录了高速太阳风的起因:由于太阳自转,太阳磁场被扭曲成一种称为帕克螺旋(Parker spiral)的形状,而带电粒子沿着磁场前进,成为高速太阳风。

但科学家还不清楚低速太阳风的形成机制,只是因为磁场控制太阳大部分活动,所以未解问题科学家都暂时归给磁场。为了探讨太阳风种种行为,威斯康辛大学麦迪逊分校团队决定在实验室创造一个“迷你太阳”,利用等离子球重建太阳的磁场结构。

这颗球有个名字,叫做大红球(Big Red Ball)。

为了模拟太阳扭曲的帕克螺旋磁场,研究人员先在直径3 米的球内放置一个长宽各约10 厘米的圆柱形永久磁铁,接着用氦气填满球,然后通电使其电离成等离子体并围绕偶极子旋转。

科学家为了研究太阳风在实验室中打造了一颗迷你太阳插图3

通过这项模型,科学家确认在磁场相对弱的区域,若等离子体移动速度够快就可能径向弹出,出现过去观察到的电浆粒团(plasmoid,一种将等离子体和磁场连接在一起的结构)现象,被戏称太阳打嗝。

虽然和真正的太阳相比,大红球在大小、重力、温度方面都不可能精准模拟,但它可以协助卫星了解整个太阳系。新论文发表在《自然物理学》(Nature Physics)期刊。

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