作者莎拉·濮培德，威斯康星大学 镜像机器是一个线性聚变反应堆
它允许科学家在机器中应用研究来理解太阳风现象
信用:卡里森林/UW-麦迪森 当灭火器打开时，压缩的二氧化碳在喷嘴周围形成冰晶，提供了气体和等离子体膨胀时冷却的物理原理的直观例子
当我们的太阳以太阳风的形式排出等离子体时，风也随着它在空间中的膨胀而冷却——但没有物理定律预测的那么多
在4月14日发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究中，威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家为太阳风温度的差异提供了一种解释
他们的发现提出了在研究实验室研究太阳风现象和了解其他恒星系统中太阳风特性的方法
“自从1959年发现太阳风以来，人们就一直在研究它，但这种等离子体的许多重要特性仍未被很好地理解，”物理学教授、该研究的主要作者斯塔斯·博尔迪列夫说
“最初，研究人员认为，随着太阳风从太阳上膨胀，它必须非常迅速地冷却下来，但是卫星测量显示，当它到达地球时，它的温度比预期的高10倍
所以，一个根本性的问题是:为什么不降温？" 太阳等离子体是带负电的电子和带正电的离子的熔融混合物
由于这种电荷，太阳等离子体受到太阳表面下产生的延伸到空间的磁场的影响
当热等离子体从太阳最外层的大气层——它的日冕——逸出时，它就像太阳风一样在太空中流动
等离子体中的电子是比离子轻得多的粒子，因此它们的运动速度大约快40倍
随着更多带负电的电子流走，太阳带正电
这使得电子更难逃脱太阳的引力
有些电子能量很大，并能持续运行无限远
那些能量较少的人无法逃脱太阳的正电荷，被吸引回太阳
当它们这样做的时候，其中一些电子可以通过与周围等离子体的碰撞被撞出轨道——非常轻微
伯德雷夫说:“有一种基本的动力学现象表明，速度与磁力线不一致的粒子无法进入强磁场区域。”
“这种返回的电子被反射，因此它们远离太阳，但由于太阳的吸引力，它们又无法逃脱
因此，它们的命运就是来回弹跳，创造出大量所谓的被俘获电子
" 为了解释太阳风中的温度观测结果，伯德雷夫和他的同事，UW-麦迪森物理学教授卡里·福里斯特和简·埃格尔德从一个相关但不同的等离子体物理学领域寻找可能的解释
太阳风导致了类似极光的事件，就像这张由美国宇航局拍摄的照片
S
宇航员与国际空间站对接后
它还会干扰卫星通信，扭曲地球磁场
信用:NASA 大约在科学家发现太阳风的时候，等离子体融合研究人员正在想办法限制等离子体
他们开发了“镜像机器”，即充满等离子体的磁场线，形状像两端收缩的管子，像两端开口的瓶子
当等离子体中的带电粒子沿着磁力线运动时，它们会到达瓶颈，磁力线会受到挤压
挤压就像一面镜子，将粒子反射回机器
“但有些粒子可以逃逸，当它们逃逸时，它们会沿着瓶子外不断扩大的磁场线流动
因为物理学家想保持等离子体非常热，他们想弄清楚逃出瓶子的电子在开口外的温度是如何下降的
“这与远离太阳的太阳风发生的情况非常相似
" Boldyrev和他的同事认为他们可以将同样的理论从镜子机器应用到太阳风中，观察捕获的粒子和逃逸的粒子之间的差异
在镜像机器的研究中，物理学家发现从瓶子中逸出的非常热的电子能够将它们的热能缓慢地分配给被俘获的电子
“在太阳风中，热电子从太阳流向很远的地方，非常缓慢地失去它们的能量，并将其分配给被困的人群，”博尔迪列夫说
“事实证明，我们的结果与太阳风温度分布的测量结果非常一致，它们可以解释为什么电子温度随着距离的增加下降得如此缓慢，”博尔迪列夫说
镜子机器理论预测太阳风温度的准确性为在实验室环境中使用它们研究太阳风打开了大门
伯德雷夫说:“也许我们甚至会在这些实验中发现一些有趣的现象，然后太空科学家会试图在太阳风中寻找这些现象。”
“当你开始做新的事情时，总是很有趣
你不知道你会得到什么惊喜
"
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