由于一个简单磁现象太阳耀斑以巨大的能量爆炸

By Keith Cooper 

2022/5/3

60年来这一直是一个难题。

Science & Astronomy

艺术家的发光等离子体的印象，遵循磁场线的圆圈在快速猛过磁重联之前变得被缠绕。(Image credit: NASA)

驱动强大太阳耀斑的秘密字面上就在你的手掌中。

天文学家已经发现在太阳上起作用的最重要的磁效应之一是捆牢你的手机磁翻转盖的同一磁效应。但在太阳上，结果远更急剧：携带热电荷等离子体流的扭曲磁场变得缠绕的，然后折过来并迅速的重组。这种所谓的快速磁重联释放出大量的能量，地球往往受到伴随的耀斑、等离子体爆发和地磁风暴。

但究竟为什么快速重新连接发生以及为什么以恒定的、可预测的速度释放能量60年来一直是一个谜。现在，由美国宇航局的磁层多尺度使命（MMS）的观测，一个以金字塔形围绕地球飞的四重小型航天器可能已经帮助揭示答案。

太阳有一个5778开尔文（9940华氏度或5500摄氏度）的表面温度，如此热以至于那里的气体被电离------也就是说，原子被剥离了它们的电子，气体变成了一个带电阳离子和自由电子的海洋，我们称之为等离子体。等离子体是足够弥散的，阳离子罕见的来彼此接触，因此等离子体据说是无碰撞的，并且它内部的阳离子和电子都作为一个群体移动，而不是在单独的轨迹上彼此碰撞。

由新罕布什尔州达特茅斯学院的刘伊心（Yi Hsin Liu）领导的太阳物理学家已经使用磁层多尺度使命数据来最终显示在快速重新连接期间发生什么。在这样一个事件期间，阳离子和电子变得从彼此去耦合，并开始来垂直移动到太阳的磁场线动，通过电场和磁场的相互作用创造一个不稳定的能量真空。 

这被称为霍尔效应，在地球上通常被用于从磁锁和传感器到核聚变实验的所有领域。

2021年10月28日，美国宇航局太阳动力学天文台看到一个明亮的太阳耀斑（见图像的下部中心）喷发 。 (Image credit: NASA/GSFC/SDO)

能量真空不会持续很长时间：随周围的磁场在仅几分钟内重组，真空变得被挤压并内爆。内爆将磁能转化为大量的热和动能，以可预测的恒定速率涌出。当一个太阳耀斑发生并将带电粒子喷进太空时我们看到的正是这种能量。

按照研究人员，这些发现将对我们理解跨整个太阳系的磁重联事件有重要影响。

马里兰州美国宇航局戈达德太空飞行中心磁层多尺度使命项目科学家芭芭拉盖尔斯在一份声明中说，“如果我们能够理解磁重联怎样操作的，那么我们能更好地预测能冲击地球的事件，比如地磁风暴和太阳耀斑，而如果我们能够了解重新连接怎样被启动的，它也将帮助能量研究，因为研究人员可以更好地控制聚变装置中的磁场”。

这些发现周四（4月28日）发表在《自然》杂志《通信物理学》（Communications Physics）上的一篇论文中。