太阳磁场--太阳发电机理论

引言

自从磁场被发现以来,人们慢慢发现电磁信号能够携带着各种信息以光速传播,实现远距离的通讯,慢慢的我们也进入了信息时代。

我们现在的生活已经离不开磁场,包括地球上的地磁场,不仅为我们提供定位的向导,也保护着地球不受太阳风中的等离子体的侵蚀。那么太阳上也有类似于地磁场的磁场吗?我们在地球上为什么能够探测到太阳上的磁场?

太阳磁场的探测

前文中提到过粒子吸收高频率的光子然后释放低频率的光子。当粒子处于磁场中时,发射光的频率会发生分裂产生多个频率的光子,这种现象称为塞曼效应,而且磁场感应强度越大,分裂的光频率差越大。

根据塞曼效应,只要我们探测到分裂的光谱,就能够证明太阳磁场的存在,而且根据光频率差还能计算出磁场的强度。1908年,美国天文学家海耳等在威尔逊山天文台(现称海耳天文台),就是利用塞曼效应测量了太阳黑子的磁场,随后测量太阳磁场这项工作其他地方也相继展开。

我们把拍摄到太阳磁场信息的图片称为磁图。不同颜色表示不同磁极,一般使用黑白两色,黑色表示磁正极,磁场方向朝外,白色表示磁负极,磁场方向朝内。

太阳磁图

其实这张图展示的内容不是一张图片,而是好几张图片拼接而成的。

太阳磁场的起源

从观测上看,太阳上肯定存在着磁场,而且非常复杂,尤其是有太阳活动的地方,太阳磁场结构更为复杂。在太阳极小年的时候,太阳磁场相对比较规则,是一个偶极场,类似于地磁场。因此太阳磁场的起源我们可以类比地球磁场的发电机理论来讨论,同样认为太阳磁场也源自于内部的发电机。

首先是太阳内部的等离子体环向运动产生极向磁场,形成主体偶极场。极向磁场被ω-效应拉伸成环向场形成环绕日冕的环向磁场,并慢慢向外浮出。环向磁场偶尔会发生α-效应产生小尺度的极向场,这些小尺度的磁场与其周围的磁场反向时就会发生磁力线的重新连接,改变磁场拓扑位型,导致太阳活动的爆发。

太阳发电机中的磁场演化示意图

太阳发电机理论虽然能够解释很多现象,比如磁场被拉伸之后会变强,但是还没有被广泛的接受,也有一些现象还无法解释,发展的还不够完善。我个人认为主要因素就是目前无法探测太阳内部,不知道太阳内部磁场究竟是什么样,我们提出的理论再完美得不到证明也只是空想,需要更多的信息来证明或者指正理论。

太阳磁极翻转

将历年来的太阳磁图放到一起,就得到了太阳磁场随时间的变化。图中的上下表示太阳的两极,可以发现随着时间,太阳两极的极性一直在变化。这就说明太阳磁场一直在翻转,周期大致是22年,是太阳活动周的两倍。

从图中还能看到蝴蝶图的影子,红色箭头也就是太阳磁场交替时,黑子数最多,太阳活动最剧烈。而在太阳极性稳定的时候,太阳活动也相对较少。相邻“蝴蝶”的极性分布也不一样。

太阳磁极翻转

这张图充分反映出太阳磁场和太阳黑子的很多规律,也展示出了太阳磁场的复杂性。


太阳发电机理论是有公式推导的,理论上是成立的。

图片来源没有找到(没有找,,),侵删致歉!

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