科學家打造了一顆「迷你太陽」,觀察太陽風和太陽的「打嗝」現象

作者 | 發布日期 2019 年 07 月 30 日 18:46 | 分類 天文 , 尖端科技 follow us in feedly


科學家無法站在太陽系之外綜覽太陽一些基本物理學表現,只好在小小實驗室中打造一顆「迷你太陽」,準備用來研究太陽風行為。

在太陽日冕層(日全食時可被肉眼看到,看起來像獅子鬃毛)的高溫下,氫、氦等原子被電離成帶正電的質子、氦原子核和帶負電的自由電子,這些帶電粒子運動速度極快,能掙脫太陽引力束縛,以每秒 800 公里的速度射向太陽外圍形成太陽風。

太陽風的變化很大,基本上分成兩種類型:高速太陽風和低速太陽風,目前一些衛星已經記錄了高速太陽風的起因:由於太陽自轉,太陽磁場被扭曲成一種稱為帕克螺旋(Parker spiral)的形狀,而帶電粒子沿著磁場前進,成為高速太陽風。

但科學家還不清楚低速太陽風的形成機制,只是因為磁場控制太陽大部分活動,所以未解問題科學家都暫時歸給磁場。為了探討太陽風種種行為,威斯康辛大學麥迪遜分校團隊決定在實驗室創造一個「迷你太陽」,利用等離子球重建太陽的磁場結構。

這顆球有個名字,叫做大紅球(Big Red Ball)。

為了模擬太陽扭曲的帕克螺旋磁場,研究人員先在直徑 3 公尺的球內放置一個長寬各約 10 公分的圓柱形永久磁鐵,接著用氦氣填滿球,然後通電使其電離成等離子體並圍繞偶極子旋轉。

透過這項模型,科學家確認在磁場相對弱的區域,若等離子體移動速度夠快就可能徑向彈出,出現過去觀察到的電漿粒團(plasmoid,一種將等離子體和磁場連接在一起的結構)現象,被戲稱太陽打嗝。

雖然和真正的太陽相比,大紅球在大小、重力、溫度方面都不可能精準模擬,但它可以協助衛星了解整個太陽系。新論文發表在《自然物理學》(Nature Physics)期刊。

(首圖來源:威斯康辛大學麥迪遜分校