杨学祥
[转载]比预期热10倍,到达地球的太阳风异常炎热,或就是它导致全球变暖
2022-10-6 15:06
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比预期热10倍,到达地球的太阳风异常炎热,或就是它导致全球变暖

2020-04-25 04:48:11 来源: 历史是个什么玩意儿  

平时生活中大家都感受过,吹风机吹出的热风会随着距离的增大而变凉,而罐装防晒霜喷出的喷雾也凉飕飕的,这是气体或等离子会随着膨胀而冷却的直观案例。


太阳吹出的太阳风也不例外,按照“气体膨胀制冷”的原理,太阳风的温度应该会在星际空间中快速衰减,但是全新的研究结果表明,太阳风的温度衰减速度没有预测的这么快


根据2020年4月15日发表于《物理学家组织》的一篇文章,威斯康星大学的物理学家发现了来自太阳风温度的异常。他们一边调取了卫星的监测数据,一边又通过现有理论进行计算,结果发现,太阳风到达地球时的实际温度预测温度10倍

强烈的太阳风会破坏电力、通讯设施,会严重影响在轨卫星的运作,同时我国科学家杨学祥也指出,强烈的太阳风是全球变暖的重要推手。


太阳风为何会如此炽热?是什么未知能量在给予它源源不断的热量吗?它又为什么会推动全球变暖呢?

被困的电子

太阳并非如很多人想的一样是由炽热的气体组成,而是一个由大量带正电的离子和带负电的电子组成的等离子熔融混合物。其中,质量较轻的是带负电的电子


随着太阳的自转,其内部带电的熔融混合物也会随之旋转并由于转速的差异形成一个覆盖整个太阳的强大磁场,并会对其本身的等离子运动产生束缚。磁场会在距离太阳表面一定距离时急速衰减,若有高能粒子能达到这一高度,便可化身“太阳风”脱离太阳。由于质量的差异,电子的移动速度可达到离子的40倍,因此脱离太阳的往往都是带负电的电子


原本正负电荷平衡的太阳会随着带负电的电子的脱离逐步呈现正电荷。磁铁中“异性相吸”大家都知道,在电荷中也是一样。带正电的太阳会给试图脱离太阳的负电电子一个额外的吸引力,使其更加难以逃离太阳而被吸引会太阳表面。这个过程中,会有一些电子因为碰撞偏离轨道,从而躲过“强磁场区域”,避免了被吸附到太阳表明的结局。

躲过强磁区域并不意味着它能逃离太阳,由于初始能量的不足,这些电子注定会在太阳磁场内来回弹动,从而形成了大量的被困电子


这些被困电子在整个太阳风的降温中起到了至关重要的作用。

重现太阳风

为了更好地对太阳风进行研究,团队决定在地球上重现太阳的太阳风

为此,他们创造了一个名为“大红球”的设备。这是一个直径3米宽的空心球,中间有一块强磁铁,周围环绕着各式的探针。操作时,研究员将氦气灌注其中并将其离子化,随后施加电流,电流创建的磁场与中央磁铁的磁场叠加,创造出了近乎于太阳一致的磁场。有了这个设备,科学家便能够通过内部探针进行观测。


不过在随后的实验中他们发现,单凭这个设备并不能满足他们的实验需求,因为这并没有很好地重现“被困电子”不断反弹的画面。因此,第二代设备——镜子机器诞生了。

镜子机器

为了保障试验效果,科学家们开发了名为“镜子机器”的设备,这是一个线性核聚变反应器,外形上看是一个两端收缩并开口的管子,上面布满磁场线圈,里面充满了等离子体。


当带电粒子随磁感线到达两端收口处时,由于磁感线收缩,形成了一个类似“镜子”的功能,一些到达此处的电子会被反弹回机器,形成被困电子。

就像太阳内部一样,总会有能够逃离磁场的电子,它们会随着设备外的磁感线流出,研究人员便可以观测这些电子的温度下降情况。

在镜子机器实验中,科学家们发现,那些脱离设备的高能电子会缓慢分享热能给那些被困电子。


根据实验得到的结果,科学家们建立了相应的数学模型,并依据新模型计算太阳风的温度下降趋势。结果表明,计算结果与太阳风温度观测结果十分吻合。这意味着在太阳风中,高能电子在远离太阳的过程中会缓慢地将自身能量分散给被困电子

不过报告并没有提及能量是如何传递的。

全球变暖的主要推手

一说起全球变暖,很多人第一时间想到的都是“二氧化碳含量”。其实还有一个很出名的现象也在导致全球变暖,那就是“臭氧空洞”。

我国科学家杨学祥就认为,造成臭氧空洞的主要推手是太阳风


非氟利昂。早在1999年9月,他就发表了名为《太阳风地磁场·臭氧洞——臭氧空洞地球环境灾害成因探索》的论文来阐述自己的观点。我也在4月7日发表文章详细讲述了这一理论,有兴趣的朋友可以去看一下。这里我简单介绍下杨教授的观点。

他认为,南北两极臭氧层中的臭氧分子主要是被来自太阳风的高能粒子电离破坏。同时,强大的太阳风也会将两级的大气向“”吹,进一步稀释该地的大气。每当两极进入极昼时,两极接受到的太阳风辐射会达到顶峰,臭氧空洞就会达到一年内的极值。


因此,这次研究中被证明的比原预测热10倍的太阳风可能会为杨教授这一理论提供新证据。因为对于粒子来说,“温度”仅仅意味着分子热运动的快慢,越“热”意味着粒子运动越快,能量越高。而太阳风粒子越“热”,就意味着对臭氧的破坏能力越强,产生的臭氧空洞越大。


这也就不难解释为何南北两极上空会出现面积巨大的臭氧空洞了。

此次研究给太阳风的研究打开了一扇新的大门,研究人员将会进行更多试验以确保结论的正确性。

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