研究了 100 年,人類終於用「阿爾文波」成功繪製出首張太陽磁場圖!

太陽是離地球最近的恆星,影響著地球的氣候、磁場,是地球存亡的主宰者。然而科學家對太陽的認識卻相當有限。近期,英國、中國、美國的跨國團隊共同量測太陽磁場,繪製人類史上首個太陽日冕磁場圖,揭開太陽的一層神秘面紗。

研究團隊將研究發表在《Science》期刊上。

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磁場影響太陽大氣層,造成太陽週期等現象

地球有磁場是眾所皆知的常識,然而太陽也有磁場,而且在太陽大氣層中扮演十分重要的角色,它造成約 11 年一循環的太陽週期,日冕與高溫電漿噴發,以及改變地球磁場分布,在兩極造成極光的「太陽風」現象。也就是說,太陽磁場與地球息息相關。

而科學界也積極研究太陽磁場。太陽磁場穿過太陽大氣的不同分層,因此需要研究整個大氣層的磁場分布,以了解磁場、電漿等交互作用。雖然人類量測太陽磁場已超過 100 年,但量測範圍僅限於表面的「光球」(photosphere)區域,無法精確了解上層大氣的磁場,特別是日冕。

直到 20 年前,科學界開始導入「磁震學」(magnetoseismology)技術,科學家才得以量測日冕的磁場,並在近期繪製出首個太陽磁場圖。

太陽磁場圖。圖片來源:《Science》期刊

透過阿爾文波,人類得以了解日冕磁場分布

簡單來說,磁震學技術使用一種名為阿爾文波(Alfvén wave)的電磁波。阿爾文波產生於電漿,傳播方向與磁場平行,而傳播速度與磁場相關,因此科學家可以透過量測阿爾文波的速度,了解太陽的磁場強度。

博士 Richard Morton 是諾桑比亞大學的教授,參與本次的日冕磁場研究。Morton 表示,日冕上有許多的阿爾文波,提供相當多關於磁場強度的資訊。關於研究原理,Morton 用地震波做類比,「透過阿爾文波研究日冕磁場,就像是使用地震波研究地球內部的結構,這次的研究提供了一個很好的範例,讓我們了解可以如何使用阿爾文波研究太陽結構。」

在 Morton 與其他科學家的努力下,人類終於擁有第一張太陽磁場地圖,對孕育地球的「母親」有更深的認識;我們將能更了解太陽磁場與電漿,不僅有利於科學研究,或許也能更了解太陽風的特性與對地球的影響,讓衛星通訊設備能預先防範太陽風的衝擊。

參考資料來源:
1.《Science》:〈Global maps of the magnetic field in the solar corona
2.《PhysOrg》:〈Global magnetic field of the solar corona measured for the first time
3.《Tech Explorist》:〈Scientists measured the global magnetic field of the solar corona
(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:《Science》期刊

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