美國(guó)能源部普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室研究人員發(fā)現(xiàn)了一種太陽(yáng)日冕加熱過(guò)程，它有助解釋為什么圍繞太陽(yáng)的大氣層——日冕會(huì)比太陽(yáng)表面熱得多。這一發(fā)現(xiàn)或會(huì)提高解決一系列天體物理難題的能力，例如恒星形成、宇宙中大規(guī)模磁場(chǎng)的起源，以及預(yù)測(cè)可能擾亂手機(jī)服務(wù)和地球電網(wǎng)停電的空間天氣事件的能力。最新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志詳細(xì)介紹了這一突破。

研究人員表示，直接數(shù)值模擬首次在3D空間提供了這種加熱機(jī)制的清晰識(shí)別，2億小時(shí)的世界最大規(guī)模計(jì)算機(jī)模擬揭示了這一過(guò)程。

太陽(yáng)日冕加熱的過(guò)程是一個(gè)被稱為磁重聯(lián)的過(guò)程，它分離并強(qiáng)烈地重新連接等離子體中的磁場(chǎng)，即形成太陽(yáng)大氣層的電子和原子核的湯。此次模擬揭示了磁力線的快速重新連接如何將大規(guī)模的湍流能量轉(zhuǎn)化為少量的內(nèi)部能量。結(jié)果，湍流能量在小尺度上被有效地轉(zhuǎn)化為熱能，從而使日冕過(guò)熱。

在咖啡里加入奶油，奶油滴很快就會(huì)變成螺旋狀和細(xì)長(zhǎng)的卷曲狀。同樣，磁場(chǎng)形成了薄薄的電流片，由于磁重聯(lián)而分解。這一過(guò)程促進(jìn)了從大范圍到小范圍的能量級(jí)聯(lián)，使這一過(guò)程比想象的更有效率。當(dāng)重新連接過(guò)程緩慢而湍流級(jí)聯(lián)很快時(shí)，重新連接不會(huì)影響跨尺度的能量轉(zhuǎn)移。但是，當(dāng)重聯(lián)速度變得足夠快，超過(guò)傳統(tǒng)的級(jí)聯(lián)速度時(shí)，重聯(lián)可更有效地將級(jí)聯(lián)移向小尺度。

它通過(guò)斷裂和重新連接磁力線來(lái)產(chǎn)生被稱為等離子體的小扭曲線鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這改變了半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)被廣泛接受的湍流能量級(jí)聯(lián)的理解。這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)將能量轉(zhuǎn)移率與等離子體團(tuán)生長(zhǎng)的速度聯(lián)系在一起，加強(qiáng)了從大尺度到小尺度的能量轉(zhuǎn)移，并在這些尺度上強(qiáng)烈加熱日冕。

未來(lái)，科學(xué)家可使用航天器和望遠(yuǎn)鏡探索這一發(fā)現(xiàn)對(duì)一系列尺度的天體物理系統(tǒng)的影響。研究人員表示，解開(kāi)跨尺度的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程將是解開(kāi)宇宙謎團(tuán)的關(guān)鍵。

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