回归物理学基本原理|重磅！太阳风为何比预期更“火热”？最新研究成果给出了答案回归物理学基本原理

回归物理学基本原理，探索太阳风温度差异背后的奥秘
当打开灭火器的阀门时，压缩的二氧化碳在喷嘴上会形成冰晶，这正是气体和等离子体在膨胀时经历降温后，其物理现象原理的可视例证。
当太阳发散等离子体时，就形成了太阳风，当它向太空扩散时会经历降温，只不过降温过程比物理现象原理所预期的要更晚一些。

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在《美国科学院学报》刊登的一份研究报告中，威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家们解释了为何太阳风的温度与预期温度存在差异。他们发现并提出了在实验室中研究太阳风现象的方法，以及如何通过其他恒星系统来了解太阳风的特性。

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“自从1959年发现太阳风以来，人们就一直在研究太阳风，但仍然对等离子体的许多重要特性不太了解， ”该研究的主要作者，物理学教授StasBoldyrev说。 “最初，研究者以为太阳风从太阳发散后应该会迅速降温，而星测量结果却表明，当它到达地球后，它的温度比预期的要高出10倍。因此，我们有一个基本问题需要解答：为什么它没有冷却下来？”

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太阳风会引发类似极光这样的现象，就像美国宇航员与空间站对接后拍摄到的照片这样。它还会干扰卫星通讯，扭曲地球磁场。

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太阳等离子体是负电荷电子和正电荷离子产生的融熔混合物。由于这种电荷，太阳等离子体受到在太阳表面下产生并延伸到太空中的磁场的影响。当热等离子体从太阳的最外层大气—日冕溢出时，它流进太空中，成为太阳风。等离子体中的电子粒子比离子粒子轻得多，因此它们的移动速度快了将近40倍。
随着更多负电荷电子的流失后，太阳呈现正电荷。这让电子更难逃脱太阳的拉力。一些拥有巨大能量的电子将以无限距离远离太阳，而那些能量较少的电子将因无法逃脱太阳的正电荷而被重新吸引回到太阳。在这个过程中，一些电子可能会因为被周围环绕的等离子体碰撞而轻微脱离原来的运行轨道。

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“一个基础的动力学现象表明，当一个粒子的速度方向不与磁场线一致时，就无法进入强磁场区域。 ”Boldyrev说， “这样电子被反弹回来从而飞离太阳，但由于太阳的电场引力他们并不能继续逃离。所以，他们注定来回弹动，从而产生了大量所谓的捕获电子。 ”
为了解释太阳风暴中的温度观测， Boldyrev及其同事威斯康辛大学麦迪逊分校物理学教授CaryForest和JanEgedal借助了等离子体物理学中一个相关又不同的领域来作可能的解释。

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在科学家们发现太阳风的时候，等离子体核聚变研究者正在考虑如何限制等离子体。他们开发了“镜子机器” ，一个充满等离子体的磁场线圈，形状像两端收缩的管子，又像两端都有开口的瓶子。
当等离子体中的带电粒子通过磁场线到达瓶颈，瓶颈处磁感线收缩。收缩处就像一个镜子，粒子被反弹回机器。
“但有一些粒子能够逃脱，他们随着瓶子外扩展的磁感线流出。因为物理学家想要保持等离子很热，他们想要算出脱离瓶子的电子温度在开口外是如何下降的， ”Boldyrev说， “这和太阳风中所发生的粒子远离太阳很相似。 ”