太阳“对流难题”解决了?科学家们离破解太空天气之谜越来越近了

cht 2022-08-17 3次阅读

科罗拉多大学博尔德分校的新研究可以帮助科学家更好地了解“太阳黑子”背后的现象。

长期以来,太阳一直吸引着科学家们。

然而,这个离地球最近的恒星——过热等离子体球体——也出了名的难以研究,留下了许多悬而未决的问题。

现在,研究人员对一个长期困扰的太阳现象有了一个可能的答案,这个现象被称为“对流难题”。

这些发现最近发表在《美国国家科学院院刊》上,为了解太阳神秘的内部运作提供了一个新的窗口,并可能对未来理解空间天气产生影响,空间天气影响从卫星到电网的一切。

太阳有几个不同的区域。

其中之一,对流区,跨越大约 200,000 公里(200 兆米),占太阳外围的 30%。

太阳核心核聚变产生的能量向外朝着表面运动。

当它到达对流区时,能量导致流体在涡流和螺旋中旋转,称为对流。

科学家们认为,这些涡流中最大的一个应该与对流区本身的大小差不多——200,000 公里,并开始寻找这些所谓的“巨细胞”。

然而,尽管进行了多年的探索,研究人员一直未能观察到如此大的对流,因此这是一个难题。

“为什么没有观察到经典的巨细胞?为什么以及如何观察似乎与数值模型相矛盾?” 科罗拉多大学博尔德分校教授兼应用数学系主任、该研究的合著者之一基思·朱利安说。

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悉尼大学的 Geoffrey Vasil (PhDAstroPhys/Atmos‘08)、西南研究所的 Nicholas Featherstone (PhDAstroPhys‘10) 和 Julien 的新研究表明,太阳的自转比研究人员以前认为的更重要。

强烈的旋转会产生细长的椭圆形对流,其大小实际上是 30,000 公里(30 兆米),而不是 200,000 公里。

“本质上,没有巨细胞,”朱利安说。

“这种长期存在的信念或对它们的追捕可能有点牵强附会。

旋转提供了不同的流体流动结构,在 30 兆米的这些尺度上最大化。

更多地了解太阳对流区可能有助于科学家更好地了解太阳磁场,这种现象被称为全球太阳发电机。

“太阳的全球发电机磁场对太空天气负责,这真的很重要,”朱利安说。

“如果不更多地了解发电机的工作原理,我们将无法谈论太空天气。

研究人员、政府和公司对太阳磁场特别感兴趣,因为它会影响卫星和国际空间站的阻力。

它也有可能造成灾难性的破坏。

太阳磁场以太阳黑子的形式出现在其表面,太阳黑子有时会爆发并向地球投掷放射性等离子体。

瓦西尔说:“一场大型太阳能事件很容易在几天内摧毁价值 10 万亿美元的全球基础设施。

” “而且我们只有几个小时的时间来做些什么。

一场大型太阳能事件可能意味着全球没有通讯或电力供应。

这是一种巨大的风险。

在不久的将来,这些发现为从事太阳数值模拟的研究人员提供了一个新的限制,他们现在可以更好地理解模拟旋转的挑战。

在短期内,这些发现为进行太阳数值模拟的研究人员提供了新的限制,他们现在可以更好地理解模拟自转的挑战。

2012 年 8 月 31 日,太阳发生日冕物质抛射.jpg

“到目前为止,发电机模型还没有适当考虑旋转。

”Vasil 说。

研究人员希望他们或其他科学家能够从数学上证实他们的预测,并最终真正观察到太阳中的对流。

“由于许多原因,很难测量我们在内部预测的流量类型。

”Vasil 说。

“部分原因是表面有很多噪音,它们的大小恰好与我们预期的更深处的噪音大致相同。

我们相信这只是巧合。

但这意味着观察员将需要更多的数据来了解正在发生的事情。

更广泛地说,这些发现使我们离揭开太阳的神秘又近了一步,太阳支撑着我们的存在,并拥有许多关于宇宙本身演化的线索。

朱利安说:“太阳是生命的给予者,但它也有许多稀奇古怪的东西。

”“我们的宇宙是由恒星构成的,我们知道恒星也与行星系统有关,所以从一般科学角度来看,了解我们最近的行星系统和我们最近的恒星相当重要——我们来自哪里?我们是怎么到这里的?”


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