新理论解释了太阳风中磁性折返的形成

　　艺术家对帕克太阳探测器的描绘。信用:uux.cn/美国国家航空航天局

　　据密执安大学工程学院（梅丽莎·普里贝）：一项新的研究发展了一种关于围绕太阳的磁转向是如何形成的理论。这个定量模型可以用来预测磁场变化，并潜在地解释太阳风的加热和加速。

　　主要作者Gabor Toth博士与密歇根大学气候和空间科学与工程系的Bart van der Holst博士和加州大学洛杉矶分校的Marco Velli博士合作，在《天体物理学杂志》上发表了这项研究，“Parker太阳探测器观测完全支持的磁转向理论”。

　　磁变向是从太阳表面发出的太阳风中径向磁场的逆转。首次在70年代零星出现，最近被帕克太阳探测器确定为内日光层太阳风波动的一个典型组成部分。

　　帕克太阳探测器的观测显示，这些磁转向由球偏振阿尔芬波组成，但直到现在，科学家们还不知道这些转向是如何形成的。

　　这项新研究为这些磁倒转的形成提供了一个简单的预测理论，涉及密歇根大学气候与空间科学与工程系的研究人员和帕克太阳探测器任务的首席科学家Marco Velli博士的工作。

　　研究人员在帕克太阳探测器2018年飞越后发回的数据中发现的东西，不是他们所预期的。

　　托特说:“我们预计磁场的径向分量大致恒定，振荡与之垂直。”"但是，帕克太阳探测器显示它实际上是在径向振荡."

　　他想找到一种方法来解释这是如何发生的，以及背后的原因。多年来，托特第一次受到鼓舞，回到理论工作上来。

　　托特说:“你有一个阿尔芬波，它垂直于磁场，这个想法是它被扭曲了，它开始在不同的方向上振荡。”“这是因为波速不是恒定的。最初，我们认为重要的是等离子体的速度，但巴特指出，这是由于波速。”

　　通过与他的研究团队合作，他对太阳内部日光层正在发生的事情做出了定性和定量的解释。

　　“首先，这项研究是定性的，因为我们用近似公式和简化的数值模拟来描述这一过程。在做了建模和理论之后，我花了很多时间查看观察结果，以检查它们是否与理论预测一致。有相当有力的证据表明，这一过程确实在发生。”

　　“我们实际上可以测量波速，而且我们确实发现它是变化的。托特说:“你看到的急转弯和你看到的波速变化是同一个地方。

　　“这些波起源于太阳表面附近，成为太阳风的一部分。最初，磁场和速度在水平方向上有很大的波动，但波动会因波速的变化而扭曲，最终，径向磁场翻转，形成折返。”

　　帕克太阳探测器获得的新数据使这项研究成为可能。该探测器在从未见过的太阳附近提供了高分辨率的磁场测量和等离子体测量。托特利用对密度、速度、温度和磁场的观察来充实他的研究。

　　“这非常重要，因为我们不仅看到了磁场振荡，还看到了等离子体的速度振荡，而且它们一起振荡。所以，它们是成比例的，”托斯说。“如果你只测量磁场或只测量等离子体，我们无法建立这种关系。”

　　帕克太阳探测器的主要目标是弄清楚太阳风是如何被加热和加速的，飞到离太阳足够近的地方来观察这种现象。

　　“帕克太阳探测器证明了我们的想法并不完全正确。现在，我们对观察到的现象以及它是如何形成的有了更好的理解，”托特说。“下一步是看看这是否会改变我们的太阳风理论。这很可能会改变我们的模式。”

　　这些模型的主要应用是预测空间天气，以便更好地了解日光层，并为空间天气事件可能对航天器、无线电通信、全球定位系统甚至电网产生的巨大影响做好准备。密歇根大学和其他大学的研究人员已经在合作研究空间天气建模框架，旨在为空间天气事件提供更好的预测。

　　“这是空间天气和太阳风模型未来发展的一个重要组成部分，以及如何将折返包括在内，”范德霍尔斯特说。“首先，你需要一个数学框架和对曲折的理解，然后才能对如何将其纳入太阳风模型和解释日冕加热机制有一个更完整的了解。”

　　目前空间天气建模框架中的一个模型是Alfvén波太阳大气模型(AWSoM ),该模型旨在揭开Alfvén波的神秘面纱。

　　“在我们现在的模型中，我们基本上假设阿尔芬波是日冕加热的原因，”范德霍尔斯特说。"这个新理论非常适合那个框架。"

　　这项新研究更好地了解了磁转向是如何形成的，这可能会导致对太阳风湍流、内日光层加热以及最终更好的空间天气模型的更深入了解。

　　“我们可以从两个主要方向着手这项工作，”托特说。“我们想对急转弯进行完整的三维数值模拟，将工作扩展到包括湍流。然后，我们想研究转折的形成如何改变阿尔芬波加热理论。”