太陽表面附近的等離子體流動解釋了太陽黑子

400年來，人們追蹤太陽黑子，即太陽表面上一次出現(xiàn)幾個黑暗斑塊。他們觀察到但無法解釋為什么斑點數(shù)每11年達到峰值。

華盛頓大學(xué)本月在“ 等離子體物理學(xué) ”雜志上發(fā)表的一項研究提出了一種等離子體運動模型，該模型可以解釋11年的太陽黑子周期以及其他幾種以前神秘的太陽特性。

“我們的模型與太陽的正常畫面完全不同，”第一作者，航空航天與航天學(xué)教授Thomas Jarboe說。“我真的認為我們是第一批告訴你太陽磁現(xiàn)象的本質(zhì)和來源的人 - 太陽是如何運作的。”

作者基于他們以前的聚變能研究工作創(chuàng)建了一個模型。該模型顯示，太陽表面下方的薄層是我們從地球上看到的許多特征的關(guān)鍵，如太陽黑子，磁反轉(zhuǎn)和太陽流，并通過與太陽觀測的比較來支持。

“ 觀測數(shù)據(jù)是確認我們關(guān)于太陽如何運作的圖片的關(guān)鍵，”Jarboe說。

在新模型中，一層薄薄的磁通量和等離子體，或自由浮動的電子，以不同的速度在太陽的不同部分上移動。流動之間的速度差異產(chǎn)生了磁性的扭曲，稱為磁螺旋度，類似于一些聚變反應(yīng)堆概念中發(fā)生的情況。

“每隔11年，太陽就會長出這層，直到它太大而不能穩(wěn)定，然后就會脫落，”Jarboe說。它的離開暴露了在相反方向上移動的下層等離子體，其具有翻轉(zhuǎn)的磁場。

當兩個半球的電路以相同的速度移動時，會出現(xiàn)更多的太陽黑子。當電路速度不同時，太陽黑子活動就會減少。Jarboe說，這種不匹配可能發(fā)生在幾十年來被稱為“Maunder Minimum”的小太陽黑子活動中。

“如果兩個半球以不同的速度旋轉(zhuǎn)，那么赤道附近的太陽黑子將不會匹配，整個事物將會死亡，”Jarboe說。

“科學(xué)家們認為太陽黑子在太陽深度的30%處產(chǎn)生了太陽黑子，然后在一條扭曲的等離子體中出現(xiàn)，”Jarboe說。相反，他的模型顯示，太陽黑子處于“超顆粒”中，形成于薄的地下等離子體層中，研究計算厚度約為100至300英里(150至450公里)，或太陽的430,000的一小部分 - 半徑。

“太陽黑子是一件了不起的事情。那里什么都沒有，然后突然之間，你會立刻看到它，”Jarboe說。

該小組之前的研究主要集中在聚變動力反應(yīng)堆，它使用與太陽內(nèi)部類似的非常高的溫度來將氫核與其電子分離。在太陽和聚變反應(yīng)堆中，兩個氫原子的核融合在一起，釋放出大量的能量。

Jarboe專注于反應(yīng)堆的類型，包括球體內(nèi)的電子等離子體，使其自組織成某些模式。當Jarboe開始考慮太陽時，他看到了相似之處，并為天體中可能發(fā)生的事情創(chuàng)造了一個模型。

“100年來人們一直在研究這個，”Jarboe說。“我們看到的許多功能都低于模型的分辨率，因此我們只能在計算中找到它們。”

他說，該理論解釋的其他特性包括太陽內(nèi)部的流動，導(dǎo)致太陽黑子的扭轉(zhuǎn)作用以及太陽的總磁結(jié)構(gòu)。Jarboe說，這篇論文可能引發(fā)激烈的討論。

“我希望科學(xué)家能夠以全新的眼光看待他們的數(shù)據(jù)，而那些一生都在努力收集數(shù)據(jù)的研究人員將會有一種新的工具來理解它的含義，”他說。