太陽發(fā)電機拼圖的一個被忽視的部分

在太陽旋轉的等離子體中，一種以前未被發(fā)現(xiàn)的機制正在起作用：一種磁性不穩(wěn)定性，科學家們認為在這種條件下物理上是不可能的。Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)，利茲大學和波布坦州萊布尼茲天體物理學研究所(AIP)的研究人員在《物理評論流體》(Physical Review Fluids)雜志上說，這種影響甚至可能在形成太陽磁場中起關鍵作用。。

就像巨大的發(fā)電機一樣，太陽磁場是由電流產生的。為了更好地理解這種自我增強機制，研究人員必須闡明太陽等離子體中的過程和流動。不同區(qū)域的不同轉速和太陽內部的復雜流動共同產生磁場。在此過程中，可能會發(fā)生異常的磁效應，例如新發(fā)現(xiàn)的磁不穩(wěn)定性。

對于最近觀察到的磁旋轉不穩(wěn)定性(MRI)的特殊情況，研究人員創(chuàng)造了“超級HMRI”一詞。這是一種磁性機制，會導致磁場中旋轉的導電流體和氣體變得不穩(wěn)定。這種情況的特殊之處在于，超級HMRI所要求的條件與在太陽赤道附近的等離子體中存在的條件完全相同，在該條件下，天文學家觀察到的太陽黑子最多，因此太陽的磁活動最大。但是，到目前為止，這種不穩(wěn)定性在太陽中完全沒有被注意到，并且還沒有集成到太陽發(fā)電機模型中。

盡管如此，眾所周知，磁場的不穩(wěn)定性在宇宙的許多過程中都至關重要。例如，恒星和行星是由大型的灰塵和氣體旋轉盤產生的。在沒有磁場的情況下，這個過程將是莫名其妙的。磁性不穩(wěn)定性會導致圓盤內的氣流產生湍流，從而使質量塊凝聚成一個中心物體。就像橡皮筋一樣，磁場連接以不同速度旋轉的相鄰層。它會加速邊緣處較慢的物質粒子，并減慢內部較快的物質。有離心力強度不夠，物質就會塌陷到中心。在太陽赤道附近，它的行為恰恰相反。內層的移動速度比外層慢。到目前為止，專家們一直認為這種流動剖面在物理上非常穩(wěn)定。

HZDR，利茲大學和AIP的研究人員仍然決定對其進行更徹底的研究。在圓形磁場的情況下，他們已經(jīng)計算出，即使流體和氣體在外部旋轉得更快，也可能發(fā)生磁不穩(wěn)定。但是，僅在不切實際的條件下：旋轉速度必須朝著外邊緣過大地增加。

現(xiàn)在嘗試另一種方法，他們的研究基于螺旋磁場。HZDR的弗蘭克·史蒂芬妮(Frank Stefani)回憶說：“我們并沒有抱太大的期望，但是后來我們感到真正的驚喜。”因為當?shù)入x子體的旋轉層之間的速度僅略微增加時，磁性不穩(wěn)定已經(jīng)發(fā)生了。在最靠近赤道的太陽區(qū)域。

Stefani估計：“這種新的不穩(wěn)定性可能會在產生太陽磁場中發(fā)揮重要作用。” “但是為了確認這一點，我們首先需要進行進一步的數(shù)值復雜的計算。” AIP的GüntherRüdiger教授補充說：“天體物理學家和氣候研究人員仍然希望更好地了解黑子的周期。也許我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的'Super HMRI'將邁出決定性的一步。我們將對其進行檢驗。”

跨學科研究團隊憑借其在磁流體動力學和天體物理學方面的各種專業(yè)知識，已經(jīng)在實驗室，紙上以及借助復雜的模擬方法研究磁不穩(wěn)定性已有15年以上的歷史?？茖W家們希望改善物理模型，了解宇宙磁場并開發(fā)創(chuàng)新的液態(tài)金屬電池。由于密切合作，他們在2006年設法首次通過實驗證明了磁旋轉不穩(wěn)定性理論。他們現(xiàn)在正在計劃針對理論上預測的特殊形式的測試：在HZDR的DRESDYN項目中目前正在建立的大規(guī)模實驗中，他們希望在實驗室中研究這種磁不穩(wěn)定性。