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磁铁不是奇迹,但它们也不是物理学家能完全够解释清楚的一种现象。尤其是特大磁铁,像太阳这种,直到现在,研究的年鉴也未能完全解释清楚太阳表面的巨大电流是如何爆发太阳耀斑的,并在短时间内释放大量的能量。

在1956年,英国物理学家Peter Sweet被这个问题一直困扰着,他去斯德哥尔摩参加一个国际天文联盟会议后。他得出部分结论:当两个磁场相遇时,他们之间有电流形成,并会在缝隙处爆发出等离子(能量热斑)。一位叫Eugene Parker 的美国物理学家看到Sweet的结论,回到美国后推算出了数学表达关系。50年来。他们的Sweet-Parker模型不仅对太阳耀斑的解释还是像地极光这种大型磁活动都是至关重要的。

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然而,Sweet-Parker 模型计算结论太慢了,在此模型下,太阳耀斑要几周才会爆发。“想象一下,你让许多人挤到一个房间中,仅有一个门可以出去” Luca Comisso说,他是一个太阳物理学家——太阳科学家——在普林斯顿大学任教。“太阳耀斑逃离的速率是固定的,因此全部要逃离要花费很长时间。”但是太阳耀斑在几分钟内就能充满能量。问题就在于Sweet-Parker模型假定两磁场相遇时磁场是保持不变的。像一个社会聚会中久经世故的客人,会把积累的能量会以有序的方式进行释放。

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Comisso说不是那种聚会。磁场的行为更像是正被警察围堵的联谊会:人们爬出窗户,跨过大门,破墙逃跑。最近他和一些合著者发表了另一种理论,在开放的物理交换环境中。“电流随时间变化时不同的,靠得越紧,变得越窄,也会越密”,Comisso说。这种动态活动会激发强电流产生巨大,燃烧的等离子体。在电流层中等离子体团就像些小斑点,不断变化直到他们逃离,他说。“在某种程度上,他们的能量大到足以爆炸,并且能够摧毁电流,爆炸的电流能量,你就会看到一个电流能爆炸。”

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Comisso和他的合作者他们两个和研究不稳定等离子体的数学解的其他人一起进行了10年的研究。该理论能够计算给定的等离子体的大小,需要这个大小就是为了摧毁其电流层。我们可以描述等离子粒团的性质不稳定,并能识别哪些团等离子粒团先变大,他说。他们的理论将成为一种基础基础,像防止来自太阳耀斑所发出的能量波破坏卫星所做的早期预警系统。

 

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从事聚变能的核物理学家发现这个理论是有用的,托卡马克装置是一种聚变反应堆,它是利用电磁线圈控制环形等离子体能量。但是加热等离子体到熔化热的温度——大约比太阳中心温度高10倍——这是复杂的。就像在太阳表面,托卡马克装置中磁场间的电流即将爆发,能量的消散,温度的降低使得安全、稳定的核聚变成为可能,但是,如果科学家们能够预测何时何地能产生等离子体。他们可以借助像射频波一样的外力来保证电流层的稳定。是否他们全部都搞懂了?如果是,那就是一个奇迹!

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