太阳耀斑：实验室中的实现迷你太阳

太阳是我 们生命的源泉， 也是我 们探索宇宙的窗口。 太阳的活动不仅影响着地球的气候和环境， 也揭示着恒星的物理规律和演化过程。 其中， 太阳耀斑是太阳活动中最引人注目的现象之一， 它是太阳表面局部区域突然释放出极高能量的过程， 产生的强烈辐射和高速粒子流可以对地球造成各种影响， 甚至引发灾难。

然而， 太阳耀斑的本质和细节仍然不为人所知， 科学家们只能通过各种手段观测和模拟这一复杂的天文现象。 近日， 一项新的研究在《自然天文学》杂志上发表， 报道了 一种在实验室中创造迷你 太阳耀斑的方法， 为探索太阳耀斑的奥秘提供了 新的途径。 -太阳

太阳耀斑是太阳喷射出的巨大过热等离子体羽流。 这些巨大的羽流是如此之大， 它们可以多次吞噬我 们的星球。 但研究人员首次在实验室中制造了 迷你 太阳耀斑， 这些耀斑足够小， 可以放在你 的午餐盒里。 -太阳

太阳耀斑是由太阳表面的大等离子体或电离气体环路产生的。 这些环， 被称为日冕环， 沿着看不见的磁力线形成， 这些磁力线被太阳的强烈引力扭曲。 然而， 有时这些线条会像橡皮筋一样弹回原来的形状， 将等离子体从太阳上甩开。 -太阳

太阳耀斑还可以发射日冕物质抛射——快速移动的磁化等离子体云、高能粒子和电磁辐射——如果它们撞击地球， 可能会引发破坏性的地磁暴。 但是， 尽管观测了 数百次太阳耀斑， 研究人员仍然不知道它们是如何从日冕环过渡到成熟的射弹的。 -太阳

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发表在《自然天文学》杂志上的一项新研究中， 来自帕萨迪纳加州理工学院的一组研究人员在实验室中创建了 自己的人造日冕环， 试图解开这个谜团。

该团队从一个磁化的充气室内的一对电极中放电。 电流使气体电离， 在两个电极之间产生一串等离子体， 然后通过腔室的磁场短暂地保持为一个环路， 然后坍塌并向外发射一个小型耀斑。

这些环长约20厘米， 与香蕉大小相同， 持续约10微秒， 在此期间， 实验消耗的能量与帕萨迪纳市在同一时间范围内消耗的能量相同。 研究人员使用每秒捕获10万帧的专用相机， 观察了 环路是如何增长然后破裂的。 -太阳

该研究证实， 人造环看起来像绳索， 就像其他 研究人员之前提出的那样。

“如果你 解剖一根绳子， 你 会发现它是由单股的辫子组成的。 把这些单独的股线拉开， 你 会看到它们是更小的股线的辫子， 依此类推， “该研究的主要作者、加州理工学院研究生张扬在一份声明中说。 “等离子体回路似乎以同样的方式工作。 -太阳

这种绳索状结构可能在太阳耀斑的诞生中起关键作用。 在实验室中， 人工环路保持稳定， 直到它们被能量超载， 此时环路中出现了 开瓶器状的扭结， 它们破裂了 。 视频片段显示， 扭结最初导致一根等离子体断裂， 然后对周围的链施加额外的压力， 导致它们也断裂。 -太阳

研究人员写道， 在真正的日冕环路分解成太阳耀斑之前， 类似的扭结也出现在它们的图像中。

在环路啪啪作响的那一刻， 研究人员还检测到了 电压尖峰。 他 们认为， 真正的太阳耀斑的类似峰值可以提供必要的能量来发射CME中的高能粒子和辐射。

这不是科学家第一次尝试在实验室环境中复制太阳。 今年1月， 加州大学洛杉矶分校的研究人员推出了 一种人造的“迷你 太阳”， 可以产生声波来模仿重力的影响。 等离子体填充的玻璃球只有3英寸宽， 也可以用来研究太阳磁场如何影响太阳耀斑。 -太阳

太阳耀斑是太阳活动的一种表现形式， 也是太阳风暴的一部分。 太阳风暴是指太阳表面发生的一系列剧烈的爆发活动， 包括太阳耀斑、日冕物质抛射和日冕质子事件。 太阳风暴的强度和频率与太阳的磁场活动有关， 通常在太阳活动的高峰期（太阳黑子的多少）出现更多的太阳风暴。 -太阳

太阳耀斑的强度可以用X射线的亮度来衡量， 通常分为五个等级：A、B、C、M和X， 其中A级最弱， X级最强。 每个等级内部又分为10个子等级， 从0.1到9.9， 例如M5.4或X2.3。 X级的太阳耀斑是最强的， 可以产生极大的辐射和粒子流， 对地球的大气层、电磁场、卫星、航天器、通讯系统、电力网等造成严重的干扰和破坏。 -太阳

太阳耀斑的影响不仅局限于地球， 还可以影响到其他 行星和太阳系的边缘。 例如， 2017年9月6日， 太阳发生了 一次X9.3级的超强太阳耀斑， 这是自2005年以来最强的一次。 这次耀斑产生的CME以每小时900公里的速度向外飞驰， 不仅影响了 地球， 还影响了 火星、木星、土星和冥王星。 -太阳

太阳耀斑的观测历史可以追溯到1859年， 当时英国天文学家理查德·卡林顿和英国化学家爱德华·霍奇森首次用肉眼观察到了 一次白光太阳耀斑， 即太阳表面发出的强烈的可见光。 这次耀斑引发了 一次极为强烈的地磁暴， 导致全球的电报系统出现故障， 甚至有些电报机发出了 火花和烟雾。 这次事件被称为卡林顿事件， 是人类历史上记录的最强的太阳风暴。 -太阳

随着科技的发展， 人类对太阳耀斑的观测手段也不断改进， 从肉眼到望远镜， 从地面到太空， 从可见光到多波段， 从单点到全球， 从静态到动态， 从定性到定量， 从描述到预测。 目前， 人类已经建立了 一套完善的太阳观测网络， 包括地面的太阳台和太阳射电望远镜， 太空的太阳同步轨道卫星和日地拉格朗日点卫星， 以及国际合作的太阳观测计划和项目。 -太阳

科学家们还利用人工智能和机器学习的技术， 对太阳耀斑的数据进行分析和挖掘， 试图找出太阳耀斑的预测模型和规律。 例如， 2020年， 一项研究使用了 深度学习的方法， 从太阳磁场图像中提取了 太阳耀斑的特征， 然后用神经网络对太阳耀斑的发生概率进行了 预测， 达到了 比传统方法更高的准确率和效率。 -太阳

通过在实验室中创造迷你 太阳耀斑， 科学家们希望能够揭开太阳耀斑的秘密， 为人类的太阳探索和太阳防护提供新的思路和方法。