世界難題！日冕溫度為何這麼高？看科學家如何研究強制磁重聯現象
2023-04-01 04:05:20 1
在太陽天文學的研究過程中，科學家們注意到太陽的磁場線會周期性地被打破和重新校準。這被稱為磁重聯，它重新排列個體的磁拓撲，並將磁能轉化為動能、熱能和加速度。
但是在觀察太陽的時候，一組印度天文學家目睹了一個前所未有的現象——附近火山爆發引發的磁場重聯。這一觀察證明了有十年歷史的磁場重聯和外部驅動理論。這也可能導致我們對太空空氣體、受控變化和等離子體實驗理解的顛覆性變化。
負責這一發現的團隊由印度理工學院(BHU)的太陽能科學家阿比舍克·斯裡瓦斯塔瓦領導。該團隊包括南波西米亞大學、北京大學地球與+科學研究所、數學等離子體中心的天體物理學家、印度天體物理研究所和阿爾瑪天文臺。
斯利瓦斯塔瓦和他的同事利用美國宇航局太陽動力學觀測站的數據來觀察磁暴，這與其他爆炸不同。它從太陽大氣層的上層開始，由於太陽表面的爆發而放射出許多物質(日冕)。在那之後，物質開始回落到地面，但接著它遇到了一團糾纏在一起的磁力線，從而引發了一場磁暴。
正如印度理工學院(BHU)的太陽能科學家斯裡瓦斯塔瓦所說:「這是對磁場重聯和外部驅動的首次觀察。這對理解其他系統可能非常有用。例如，地球和其他行星的磁氣圈，或者其他磁化等離子體源。在實驗室進行的實驗中，等離子體具有高擴散性，很難控制。」
曾經，在太陽和地球周圍觀察到的磁場重聯是自發的，並且僅在太陽處於特定區域時發生，該特定區域包括一薄層電離氣體(等離子體)，其只能傳導電流並且非常弱。
儘管15年前由爆炸引起的強迫磁場重聯的可能性被提出，但科學家們從未用自己的眼睛觀察過這一現象。這種磁場重聯的可能性可能發生在等離子體片或導電電阻較低的地方。但是它也需要爆炸來觸發，因為爆炸可以擠壓等離子體和磁場，使它們磁性地重新連接。
(根據空間數據組織收集的數據，太陽磁場線的藝術表現。資料來源:美國航天局/GSFC/太陽動力學觀測站)
利用單粒子加速器，該團隊可以通過檢測太陽的波長(粒子被加熱到100萬到200萬攝氏度之間)來研究等離子體。這讓他們有史以來第一次觀察和拍攝日冕中的強迫重聯。它從日冕回落到光球層，與無序的磁場線碰撞，最後與X型磁場重新連接。
磁重聯為我們提供了一個可能的解釋，為什麼日冕實際上比低層大氣熱幾百萬度。這一直是天文學中的一個謎。為了解決這個問題，太陽能科學家花了幾十年時間尋找一種可能產生這種熱量的機制。
考慮到這一點，斯利瓦斯塔瓦和他的團隊觀察了多個紫外線波長的等離子體，以計算磁重聯後的溫度。數據顯示這些區域將變得更熱，這表明強制磁場重聯可能是局部加熱的原因。
儘管自發磁場重聯可能是一個因素，但強制磁場重聯似乎更具反應性，並能以可控的方式更快地將等離子體帶到更高的溫度。同時，斯利瓦斯塔瓦和他的同事將繼續尋找更多的重新連接時間，以更好地理解潛在的機制和發生頻率。
這些研究結果也將導致更多的太陽能研究，看看爆炸事件(太陽耀斑和日冕物質拋射)是否會導致強迫重聯。因為這些爆發是太陽大氣背後的驅動力，可能對地球的衛星和電子基礎設施造成嚴重損害，所以進一步深入研究強迫磁重聯將對建立預測模型有很大幫助。
另一方面，這些措施可以使我們對太陽耀斑或射彈採取先發制人的預警措施。通過了解外部驅動器如何執行強制磁場重聯，實驗室可以走得更遠，特別是在核聚變實驗中，科學家們一直在尋找控制過熱等離子流的方法。
作者:universetoday
風雲:莫
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