很少有景象比太阳表面喷发出的巨大耀斑更令人敬畏,这些耀斑将拱形的炽热气体流喷射到太空中数十万英里。这些爆发的“太阳耀斑”对地球也有重要影响;它们发射的带电粒子风暴会扰乱通信,甚至干扰输电线路中的电流。
从航天器和地面天文台收集的测量数据和信息为我们提供了许多关于我们这颗躁动不安且难以接近的恒星上导致这些巨大事件的力量的见解。但是,一些在名为“实验室天体物理学”的新兴学科工作的科学家,在他们能在实验室中复制这些现象之前是不会感到满足的——从太阳耀斑到恒星和星系的诞生。
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举例来说,左侧的火焰爆发并非发生在太阳表面,而是在加州理工学院的实验室中发生的。所示事件发生在一个直径1.4米、长2米的真空室中。等离子体在10微秒内达到仅20厘米的高度,以每秒70公里的速度膨胀。这个太阳微观世界是用具有10-100纳秒快门速度的CCD相机拍摄的。尽管尺寸很小,但研究人员保罗·M·贝兰和研究生J·弗雷迪·汉森认为,他们瓶中的太阳是对太阳耀斑形成的最精确的模拟。
加州理工学院的研究小组计划在11月17日在新奥尔良举行的1998年美国物理学会等离子体物理学分部会议上发表一篇论文,披露这项研究的细节。他们的结论基于对等离子体物理学家称为球面磁流体的事件的调查。球面磁流体的数值模拟表明,当超热离子(称为等离子体)被强大的磁场形成的扭曲管中捕获时,它们就会形成。当其中两个管相互缠绕时,它们会变得不稳定——当扭曲达到一定程度时,它们会像太阳耀斑一样迅速向外膨胀。
在实验室中,通过一个特殊设计的等离子体枪将离子注入真空室来创建球面磁流体。一个带有非常高电荷的板模拟太阳的表面。数百千安的电流和千伏范围内的电压由高能电容器产生。两个电极之间的微秒切换导致等离子体管中发生扭曲,该等离子体管被困在两个电极之间。
研究人员在美国物理学会的会议上报告说,他们已经改进了他们的设备来创建耀斑,并增加了一个双摄像机系统,这使得他们能够制作事件发生时的3D电影。正如在计算机模型中一样,这些图像显示了相互缠绕的扭曲细丝的发展。
这个微小的模拟正在帮助天体物理学家证实理论,并为太阳上发生的巨大事件提供重要的新的见解。而且,如果您无法到达太阳观看这场表演,那么这是下一个最佳选择。