科学家们离解开太空天气之谜又近了一步

最近发表在《Proceedings of The National Academy of Sciences》上的这一发现为了解太阳神秘的内部活动提供了一个新的窗口并可能对理解空间天气带来未来的启示。

据了解，太阳有数个不同的区域。其中一个是对流区，约20万公里(200米)，占太阳外层的30%。太阳核心核聚变产生的能量向外移动到太阳表面。当它到达对流区，能量会导致流体在称为对流流的涡流和螺旋中旋转。

科学家们认为，这些漩涡中最大的应该与对流区本身的大小差不多–20万公里–并开始寻找这些所谓的“巨型细胞”。尽管研究了多年，但研究人员仍未能观测到如此大的对流流，因此出现了这个难题。

“为什么没有观察到典型的巨型细胞？为什么以及如何观察到跟数值模型相矛盾？”科罗拉多大学博尔德分校教授、应用数学系主任、这项研究的论文合著者之一Keith Julien说道。

来自悉尼大学的Geoffrey Vasil 、西南研究所的Nicholas Featherstone和Julien联合展开的新研究表明，太阳的旋转比研究人员之前认为的更重要。强烈的旋转产生了细长的椭圆形对流流，其大小实际上是3万公里，而不是20万公里。

他们利用物理学、数学、气象学和海洋学等多学科的方程和理论做出了这一理论预测。

“本质上，没有巨型细胞，”Julien说道，“这种长期以来的信念或对它们的搜寻可能有点转移注意力。旋转提供了不同的流体流动结构，在这些尺度下最大可达30米。”

Julien表示，这些发现意义重大，因为它们为一个存在了几十年的科学问题提供了解决方案。

不过除此之外，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–被称为全球太阳发电机的一种现象。

Julien说道：“太阳的全球发电机磁场对太空天气有影响，这真的很重要。如果不了解发电机是如何工作的，我们就无法对太空天气有更多的了解。”

由于太阳磁场会对卫星和国际空间站造成阻力，所以研究人员、政府和公司都对它表现出了特别的兴趣。

另外，它还有可能造成灾难性的破坏。太阳的磁场以太阳黑子的形式出现在其表面，而太阳黑子有时会爆发并向地球抛射放射性等离子体。

Vasil指出：“一场大型太阳活动可以在几天内轻易摧毁全球价值10万亿美元的基础设施。我们只有几个小时来做点什么。相比之下，它可能会让目前在全球肆虐的大流行看起来更小。一次大的太阳活动可能意味着全球没有通信或电力。这是一个巨大的风险，几乎没有人知道。”

这些发现并没有直接回答关于太阳磁场的问题，但它们在理解全球太阳发电机的征程上迈出了重要的一步，其他研究人员可以以此为基础。

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一个新的约束条件，他们现在可以更好地理解模拟太阳旋转的挑战。“到目前为止，发电机模型还没有适当地考虑到旋转这个因素，”Vasil指出。

研究人员希望他们或其他科学家能从数学上证实他们的预测并最终实际观测到太阳中的对流流动。

更广泛地说，这些发现让我们离揭开太阳的神秘面纱又近了一步。太阳维持着我们的存在并掌握着许多关于宇宙自身进化的线索。

“太阳是生命的赐予者，但它也有很多奇怪之处，”Julien说道，“我们的宇宙是由恒星组成的，我们知道恒星也跟行星系统有关，所以从普遍的科学角度了解我们最近的行星系统和我们最近的恒星是非常重要的–我们来自哪里？我们是怎么到这儿来的？”