液态金属实验提供了对太阳日冕加热机制的洞察

为什么太阳的日冕会达到几百万摄氏度的温度是太阳物理学的一大谜团。解释这种效应的“热”轨迹通向日冕正下方的太阳大气区域，在那里声波和某些等离子波以相同的速度传播。在使用熔融碱金属铷和脉冲强磁场的实验中，德国国家实验室亥姆霍兹-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) 的一个团队开发了一个实验室模型，并首次通过实验证实了理论预测的行为研究人员在《物理评论快报》(DOI：10.1103/PhysRevLett.127.275001)杂志上报告了这些等离子体波——所谓的阿尔文波。

在 1500 万摄氏度时，我们太阳的中心非常热。在它的表面，它以相对温和的 6000 摄氏度发光。“更令人惊讶的是，上覆太阳的日冕中突然再次出现了几百万度的温度，”弗兰克斯特凡尼博士说。他的团队在 HZDR 流体动力学研究所进行天体物理学研究——包括我们的中心恒星。对于 Stefani 来说，电晕加热现象仍然是太阳物理学的一大谜团，一个非常简单的问题一直在他的脑海中闪过：“为什么锅比炉子热?”

磁场在加热太阳日冕方面起主导作用，现在已被太阳物理学广泛接受。然而，这种效应主要是由于太阳等离子体中磁场结构的突然变化还是由于不同类型波的衰减，仍然存在争议。德累斯顿团队的新工作重点研究了太阳大气热等离子体中日冕下方发生的所谓阿尔芬波，这些等离子体被磁场所渗透。作用在等离子体电离粒子上的磁场类似于吉他弦，弹奏时会触发波动。正如弹奏的弦的音高随着张力的增加而增加一样，阿尔文波的频率和传播速度随着磁场强度的增加而增加。

“在太阳日冕的正下方是所谓的磁冠层，其中磁场在很大程度上平行于太阳表面排列。在这里，声波和阿尔文波的速度大致相同，因此很容易相互变形。我们想要达到这个神奇的点——等离子体的磁能开始像冲击一样转化为热量，”斯蒂芬尼说，概述了他的团队的目标。

危险的实验?

在他们于 1942 年做出预测后不久，在第一次液态金属实验中就发现了阿尔文波，后来又在精心设计的等离子体物理设施中进行了详细研究。只有被认为对电晕加热至关重要的磁冠的条件，直到现在实验者仍然无法获得。一方面，在大型等离子体实验中，阿尔文速度通常远高于声速。另一方面，在迄今为止的所有液态金属实验中，它已经显着降低。原因是：普通超导线圈的磁场强度相对较低，恒定磁场约为20特斯拉。

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