科学家破解七十年谜题:磁力波如何加热太阳?

科技工作者之家 2018-03-08

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位于太阳边缘一个太阳日斑区域,可以看到,它是一种具有磁场强度的黑色等离子集合体。

太阳是维持地球上所有生命的能量来源,但对于人类而言,关于它还有太多的未知之谜。据《自然·物理》杂志3月5日发表的一篇研究论文称,英国贝尔法斯特女王大学的科学家们带领一个跨国团队取得了天文学研究中突破性进展:他们发现穿透太阳的电磁波可能是太阳大气层升温和推动太阳风的关键性因素。

瑞典物理学家、工程师汉内斯·阿尔文(Hannes Alfven)曾在1942年预言,当磁场作用于等离子体时,会产生一种新型的冲击波,这一理论让他在1970年荣获了诺贝尔物理学奖,并且这种波被命名为“阿尔文波”。自从阿尔文做出预测以来,科学家们不断地把阿尔文波与各种波源联系在一起进行研究,包括核反应堆、环绕彗星的气体云、实验室实验、医学核磁共振成像以及离我们最近的恒星——太阳的大气层等等。

多年来,科学家们一直认为,在让太阳保持超高温方面,这种波可能起着举足轻重作用,但直到现在,他们才真正证明这一假设。

英国贝尔法斯特女王大学数学与物理学院的大卫·杰斯博士(Dr. David Jess)解释:“长久以来,全世界的科学家都一致预测,阿尔文波是在从太阳表面向上传播并冲破更高大气圈层时释放出大量热量的。在过去的十年里,虽然科学家们已经成功证明了这种新型波的存在,但是迄今为止还没有获得直接的证据表明该波具有能将其运动转化为热能的特性。”

新刊发的研究的重大意义在于,人类第一次有了证明它的证据。研究人员表示,研究将开辟一个新窗口,帮助人类了解这一现象可能会如何在其它领域中实现其应用价值,比如能源反应堆和医疗设备等。

这项研究利用美国新墨西哥州的杜恩太阳望远镜(Dunn Solar Telescope)的高分辨率观测数据和美国国家航空航天局(NASA)的太阳动力学观测台(Solar Dynamics Observatory)的补充观测数据来分析太阳日斑中出现的最强磁场。与医院里的现代核磁共振成像设备相类似的是,这些太阳日斑区域也具有强烈的磁场,尽管这些区域比我们的地球还大得多。

跨国研究小组通过将太阳光分解成多种色光后,得以研究太阳大气层中某些化学元素的特性,包括钙和铁元素。“一旦这些元素被提取出来,我们就会在图像序列中检测到强烈的闪光。这些强烈的闪光具备了证明阿尔文波将其能量转化为冲击波的所有特征,而其推理逻辑就类似于当超音速飞机发出轰鸣声时,就意味着它超越了音速。该冲击波随后在周围的等离子体中荡漾传播开来,同时产生出极高的热量。借助超级计算机的强大运算能力,我们能够分析冲击波的各项数据,并在历史上首次证明,阿尔文波能够在其平静的背景下急剧地提升等离子体的温度。”女王大学的塞缪尔·格兰特博士说。

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 编译:朱明逸 审稿:阿淼 编辑:程建兰

来源:https://phys.org/news/2018-03-scientists-year-old-mystery-magnetic-sun.html


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