实验室中的迷你太阳？“大红球”为科学家揭秘太阳等离子体的秘密

为了更近距离地观察太阳并研究太阳风，一组研究人员在实验室里创造了他们自己的微型太阳——带有自己的电磁场和超热等离子体。

威斯康辛大学麦迪逊分校的科学家们建造了一个3米宽(10英尺)的铝真空室，他们称之为“大红球”，以重现太阳内部和太阳周围发生的一些太阳物理现象。

该研究的主要作者、该校物理系的研究生伊森•彼得森(Ethan Peterson)说：“我被(该实验)的简单性和它对在实验室中以亲身实践的方式研究太阳物理的深远影响所吸引了。”

这个太阳模型的中心有一块磁铁，用于模拟太阳的磁场，研究人员会在小太阳内部泵入氦气，使气体电离，变成等离子体，然后他们再施加电流，电流和磁场就会导致等离子体旋转。

太阳和它的大气层是由等离子体组成的，等离子体是带正电荷和负电荷的粒子在极高温度下的混合物，而太阳风会将这些等离子体吹到太空当中。

彼得森说：“我们还知道太阳是一个旋转的等离子体球，所以我们在这个偶极子磁场中制造了一个等离子体，然后我们旋转它，看看会发生什么。”

彼得森和他的物理学教授卡里·福里斯特(Cary Forest)首先着手重现“帕克螺旋”——以太阳风理论背后的天体物理学家尤金·帕克命名。帕克螺旋是指太阳磁场在太阳风的牵引下在太阳表面形成的螺旋形状。

　　微型太阳的核心有一个内置的磁场。(图片来源：威斯康辛大学麦迪逊分校)

“(我们的)努力是为了试图……证实或驳斥帕克在1958年计算出的太阳风和日球磁场理论推导。

果不其然，帕克螺旋确实形成了。

在实验中，研究人员还观察到太阳风喷射出的等离子体。彼得森说：“最初发现这些等离子体，或者等离子体团以这么规律的频率喷射出来的时候，我们感到很惊讶。”

这些所谓的“等离子体打嗝”类似于卫星观测到的真实太阳等离子体喷射，但这些真实的等离子体来源仍然未知。通过观察他们的微型太阳，研究人员绘制出了一个磁场较弱、等离子体运动较快的区域，这种区域的特性导致等离子体运动断裂并以放射状向外喷射。

彼得森说，这个“大红球”早在2012年就创造了它的第一个等离子体，从那以后，这个模型完成一个实验周期之后研究人员就会对它进行升级。

研究小组将会利用微型太阳进一步研究太阳风如何加速远离太阳，以及无碰撞等离子体的基本性质。

这项研究结果发表在7月29日的《自然物理》杂志上。