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這幅圖描繪了美國國家航空航天局太陽動力學觀測站拍攝的太陽磁場。復雜的磁場線條疊加可以讓科學家了解太陽的磁性是如何隨著太陽內外的不斷運動而變化的。來源：uux.cn/NASA/SDO/AIA/LMSAL
（神秘的表面地球uux.cn）據麻省理工學院：太陽表面是由太陽磁場驅動的太陽黑子和耀斑的精彩展示，太陽磁場是太陽通過一個稱為發電機作用的過程在內部產生的。天體物理學家認為，磁場太陽場是表面在恒星深處產生的。但麻省理工學院的太陽一項研究發現，太陽的磁場活動可能是由一個淺得多的過程形成的。
在《自然》雜志上發表的表面一篇論文中，麻省理工學院、太陽愛丁堡大學和其他地方的磁場研究人員發現，太陽磁場可能是表面由太陽最外層的不穩定性引起的。
該團隊生成了一個精確的太陽太陽表面模型，發現當他們模擬太陽頂部5-10%內的磁場某些擾動或等離子體（電離氣體）流動的變化時，這些表面變化足以產生真實的表面磁場模式，其特征與天文學家在太陽上觀察到的相似。相比之下，他們在更深層次的模擬產生了不太真實的太陽活動。
研究結果表明，太陽黑子和耀斑可能是淺磁場的產物，而不是科學家們在很大程度上假設的起源于太陽深處的磁場。
麻省理工學院數學系的研究科學家、研究作者基頓·伯恩斯說：“我們在看太陽時看到的特征，比如許多人在最近的日食、太陽黑子和太陽耀斑中看到的日冕，都與太陽磁場有關?！薄?br>“我們表明，遠離深層的太陽表面附近的孤立擾動可以隨著時間的推移而增長，從而有可能產生我們所看到的磁結構?！?br>如果太陽的磁場確實來自最外層，這可能會讓科學家有更好的機會預測有可能破壞衛星和電信系統的耀斑和地磁暴。
“我們知道發電機就像一個巨大的時鐘，有許多復雜的相互作用的部分，”合著者、愛丁堡大學的研究員杰弗里·瓦西爾說。“但我們不知道其中的許多部分，也不知道它們是如何結合在一起的。這種關于太陽能發電機如何啟動的新想法對理解和預測它至關重要。”
該研究的合著者還包括西北大學的Daniel Lecoanet和Kyle Augustson，貝茨學院的Jeffrey Oishi，科羅拉多大學博爾德分校的Benjamin Brown和Keith Julien，以及加州大學圣克魯斯分校的Nicholas Brummell。
流動區
太陽是一個熾熱的等離子體球，在其表面沸騰。這個沸騰區域被稱為“對流區”，等離子體層和羽流在這里翻滾和流動。對流區包括太陽半徑的頂部三分之一，在地表以下延伸約20萬公里。
Burns解釋道：“如何啟動發電機的一個基本想法是，你需要一個有大量等離子體經過其他等離子體的區域，剪切運動將動能轉化為磁能。”?！叭藗冊J為，太陽的磁場是由對流區最底部的運動產生的。”
為了確定太陽磁場的確切來源，其他科學家使用了大型三維模擬，試圖求解太陽內部許多層的等離子體流動。伯恩斯說：“這些模擬需要在國家超級計算設施上花費數百萬小時，但它們產生的湍流仍然遠不如實際的太陽?！?。
Burns和他的同事們想知道，研究表面附近等離子體流的穩定性是否足以解釋發電機過程的起源，而不是模擬整個太陽體內等離子體的復雜流動。
為了探索這一想法，該團隊首先使用了“日震學”領域的數據，科學家們利用觀測到的太陽表面振動來確定表面下等離子體的平均結構和流動。
Burns說：“如果你拍一段鼓的視頻，觀察它是如何以慢動作振動的，你就可以從振動模式中計算出鼓頭的形狀和剛度?！?。“同樣，我們可以利用我們在太陽表面看到的振動來推斷內部的平均結構?！?br>太陽能洋蔥
在他們的新研究中，研究人員從太陽地震觀測中收集了太陽結構的模型。Burns解釋道：“這些平均流量看起來有點像洋蔥，不同的等離子體層相互旋轉?！??！叭缓笪覀儐枺旱入x子體流中是否存在擾動或微小變化，我們可以將其疊加在這個平均結構的頂部，這可能會導致太陽磁場的產生？”
為了尋找這種模式，該團隊利用了Dedalus項目——Burns開發的一個數字框架，可以高精度模擬多種類型的流體流動。該代碼已應用于廣泛的問題，從單個細胞內的動力學建模，到海洋和大氣環流。
Burns說：“我的合作者多年來一直在思考太陽磁性問題，Dedalus的能力現在已經到了我們可以解決的地步?！薄?br>該團隊開發了算法，并將其納入Dedalus中，以發現太陽平均表面流量的自增強變化。該算法發現了新的模式，這些模式可能會增長并導致現實的太陽活動。特別是，該團隊發現了與自1612年伽利略以來天文學家觀測到的太陽黑子的位置和時間尺度相匹配的模式。
太陽黑子是太陽表面的瞬態特征，被認為是由太陽磁場形成的。這些相對較冷的區域與太陽其他熾熱表面相比，看起來像是黑點。天文學家長期以來一直觀察到，太陽黑子以周期性的模式出現，每11年增長和消退一次，通常圍繞赤道而不是兩極。
在該團隊的模擬中，他們發現等離子體流的某些變化，僅在太陽表層的頂部5-10%內，就足以在相同區域產生磁結構。相比之下，更深層次的變化會產生不太現實的太陽場，這些太陽場集中在兩極附近，而不是赤道附近。
該團隊的動機是更仔細地觀察表面附近的流動模式，因為那里的條件類似于完全不同系統中的不穩定等離子體流動：黑洞周圍的吸積盤。吸積盤是由氣體和恒星塵埃組成的巨大圓盤，在“磁旋轉不穩定性”的驅動下向黑洞旋轉，這會在氣流中產生湍流并導致其向內墜落。
Burns和他的同事懷疑，太陽中也存在類似的現象，太陽最外層的磁旋轉不穩定性可能是產生太陽磁場的第一步。
“我認為這個結果可能會引起爭議，”他說。“社區的大多數人都專注于在太陽深處尋找發電機的活動?，F在我們正在證明，有一種不同的機制似乎更符合觀測結果?！?br>Burns說，該團隊正在繼續研究新的表面場模式是否能產生單個太陽黑子和整個11年的太陽周期。

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太陽磁場的起源可能靠近其表面

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