研究人员揭示等离子波在太阳日冕神秘加热中的作用
我们的太阳中隐藏着一个深奥的秘密。虽然太阳表面温度约为 10,000 华氏度，但其外层大气（即日冕）温度则高达 200 万华氏度，大约是太阳表面温度的 200 倍。这种远离太阳的温度升高现象令人费解，自 1939 年首次发现日冕的高温以来，它一直是个未解之谜。在随后的几十年里，科学家们一直试图确定导致这种意外加热的机制，但到目前为止，他们还没有成功。
现在，由美国能源部 (DOE) 普林斯顿等离子体物理实验室 (PPPL) 研究员 Sayak Bose 领导的团队在理解潜在加热机制方面取得了重大进展。他们最近的研究结果表明，反射的等离子体波可以驱动日冕洞的加热，日冕洞是日冕中密度较低的区域，其开放磁场线延伸到行星际空间。这些发现代表着在解决有关我们最近的恒星的最神秘难题之一方面取得了重大进展。
“科学家们知道冕洞的温度很高，但导致这种温度升高的根本机制尚不明确，” 《天体物理学杂志》上发表该研究结果的论文第一作者 Bose 说道。“我们的研究结果表明，等离子体波反射可以完成这一任务。这是首次在实验室中证明阿尔文波在与冕洞相关的条件下发生反射。”
这种以他的名字命名的波是由瑞典物理学家和诺贝尔奖获得者汉内斯·阿尔文首次预测的，它类似于拨动吉他弦的振动，只不过在这种情况下，等离子波是由摆动的磁场引起的。
博斯和团队的其他成员利用加州大学洛杉矶分校（UCLA）大型等离子体装置（LAPD）长达 20 米的等离子体柱，在模拟冕洞周围发生的条件下激发阿尔文波。
实验表明，当阿尔文波遇到等离子体密度和磁场强度各异的区域时（如在冕洞周围的太阳大气中遇到的情况），它们会被反射并向源头回传。向外移动的波和反射波的碰撞会引起湍流，进而导致加热。
“物理学家长期以来一直假设阿尔文波反射有助于解释冕洞的加热现象，但无法在实验室中验证或直接测量，”PPPL 访问研究学者 Jason TenBarge 说道，他也参与了这项研究。
“这项工作首次通过实验验证了阿尔文波反射不仅是可能的，而且反射的能量足以加热冕洞。”
在进行实验室实验的同时，研究小组还对实验进行了计算机模拟，证实了在类似冕洞的条件下阿尔文波的反射。
“我们经常进行多次验证，以确保观测结果的准确性，”Bose 说，“进行模拟就是其中一步。阿尔文波反射的物理原理非常迷人和复杂。令人惊讶的是，基础物理实验室实验和模拟可以显著提高我们对太阳等自然系统的理解。”
合作者包括普林斯顿大学、加州大学洛杉矶分校和哥伦比亚大学的科学家。
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