很少有景象比太陽表面噴發出的巨大耀斑更令人敬畏,這些耀斑將拱形的熾熱氣體流噴射到太空中數十萬英里。這些爆發的“太陽耀斑”對地球也有重要影響;它們發射的帶電粒子風暴會擾亂通訊,甚至干擾輸電線路中的電流。
從航天器和地面天文臺收集的測量資料和資訊為我們提供了許多關於我們這顆躁動不安且難以接近的恆星上導致這些巨大事件的力量的見解。但是,一些在名為“實驗室天體物理學”的新興學科工作的科學家,在他們能在實驗室中複製這些現象之前是不會感到滿足的——從太陽耀斑到恆星和星系的誕生。
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舉例來說,左側的火焰爆發並非發生在太陽表面,而是在加州理工學院的實驗室中發生的。所示事件發生在一個直徑1.4米、長2米的真空室中。等離子體在10微秒內達到僅20釐米的高度,以每秒70公里的速度膨脹。這個太陽微觀世界是用具有10-100納秒快門速度的CCD相機拍攝的。儘管尺寸很小,但研究人員保羅·M·貝蘭和研究生J·弗雷迪·漢森認為,他們瓶中的太陽是對太陽耀斑形成的最精確的模擬。
加州理工學院的研究小組計劃在11月17日在新奧爾良舉行的1998年美國物理學會等離子體物理學分部會議上發表一篇論文,披露這項研究的細節。他們的結論基於對等離子體物理學家稱為球面磁流體的事件的調查。球面磁流體的數值模擬表明,當超熱離子(稱為等離子體)被強大的磁場形成的扭曲管中捕獲時,它們就會形成。當其中兩個管相互纏繞時,它們會變得不穩定——當扭曲達到一定程度時,它們會像太陽耀斑一樣迅速向外膨脹。
在實驗室中,透過一個特殊設計的等離子體槍將離子注入真空室來建立球面磁流體。一個帶有非常高電荷的板模擬太陽的表面。數百千安的電流和千伏範圍內的電壓由高能電容器產生。兩個電極之間的微秒切換導致等離子體管中發生扭曲,該等離子體管被困在兩個電極之間。
研究人員在美國物理學會的會議上報告說,他們已經改進了他們的裝置來建立耀斑,並增加了一個雙攝像機系統,這使得他們能夠製作事件發生時的3D電影。正如在計算機模型中一樣,這些影像顯示了相互纏繞的扭曲細絲的發展。
這個微小的模擬正在幫助天體物理學家證實理論,併為太陽上發生的巨大事件提供重要的新的見解。而且,如果您無法到達太陽觀看這場表演,那麼這是下一個最佳選擇。