太阳的光球层中存在磁性等离子体波Alfvén波,Alfvén波怎么形成的?
研究人员已经证实,太阳的光球层中存在着称为Alfvén波的电磁等离子体波。
这项研究提供了对这些令人着迷的波的新见解,这些波浪是由诺贝尔奖获得者汉尼斯·阿尔夫芬(HannesAlfvén)于1947年首次发现的。
这些波的巨大潜力在于它们具有纯磁性,因此可以在很长的距离内传输能量和信息。在太阳大气层的最底层太阳光球层直接发现这些波,是利用这些电磁波特性的第一步。
Alfvén波传输能量的能力对于太阳和等离子天体物理学也很重要,因为它可以帮助解释太阳大气层的极度发热,这个谜团已经有一个多世纪没有解决了。
当带电粒子(离子)响应磁场和电流之间的相互作用而振荡时,会形成Alfvén波。
在太阳大气中会形成磁场束,称为太阳磁通管。Alfvén波虽然以两种形式之一出现在太阳磁通量管中;但实际上,这是两种形式中的一种。要么是轴对称扭转扰动(绕着通量管轴线发生对称振荡),要么是反对称扭转扰动(当两个涡流在通量管中以相反方向旋转时发生振荡)。
尽管有先前的主张,但扭力Alfvén波从未直接在太阳光球中被识别出来,即使以最简单的形式出现在磁通管的轴对称振荡中也是如此。
在这项研究中,研究人员使用了欧洲航天局成像仪IBIS对太阳大气进行的高分辨率观测,来证明反对称扭波的存在是近50年前首次预测的。
他们还发现,这些波可用于从太阳光球中提取大量能量,从而证实了这些波在广泛的研究领域和工业应用中的潜力。
这项研究是由意大利航天局(意大利航空航天局)的Marco Stangalini博士领导的,来自其他7个研究机构和大学的科学家,包括玛丽女王的David Tsiklauri博士和博士生Callum Boocock,都参与了这一突破性发现。
除了这些观察结果外,玛丽女王大学的研究人员还进行了数值模拟,以探索这些难以捉摸的波的激发机理。
玛丽女王大学的研究人员设计并建立了磁流体动力学(MHD)模拟,该模型用于对磁化流体(如在太阳大气中发现的流体)的动力学进行建模,以重现团队的观察结果。
玛丽女王大学物理与天文学学院高级讲师David Tsiklauri博士说:“令人惊讶的是,我们的想法是在磁通管底部驱动线性极化的Alfvén波,这将导致在磁通管中产生扭转振动。整个磁通管适用于各种物理参数。观测和模拟都标志着Alfvén波的发现。”
玛丽女王大学物理与天文学学院的博士生Callum Boocock说:“马可及其团队对阿尔夫文扭转波的观测与我们在MHD模拟中观察到的行为非常相似,证明了这些模拟对于发现人类的重要性并解释波浪产生的机理。”
研究人员希望能够利用最近委托的设施提供的新机会,如太阳轨道卫星和地基丹尼尔·伊努耶太阳望远镜(DKIST),继续研究Alfvén波的相关性,并有可能进一步揭示太阳的基本秘密。
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