太阳磁场起源有新说

原标题：太阳磁场起源有新说

美国著名太阳物理学家尤金·帕克曾说：“如果没有磁场，太阳将变得枯燥无味。”而太阳磁场的起源问题，一直是天文学界的未解之谜。

近日，《自然》杂志报道，由美国西北大学牵头的国际研究团队提出，太阳磁场形成于太阳表面下约3.2万千米处。这一观点与当前流行不同。流行观点认为太阳磁场通常形成于太阳对流层深处。

太阳磁场测量难度大

尽管我们每天目睹太阳东升西落，对太阳黑子、耀斑、日冕等活动也耳熟能详，但对天文学家而言，太阳仍是一个“最熟悉的陌生人”。

太阳内部结构复杂，科学家普遍认为，其核心是发生核聚变的日核和辐射区，外部则为对流层。对流层约占太阳半径顶部三分之一，其范围延伸到太阳表面以下约20万千米，科学家推测太阳磁场可能产生于这一区域。

磁场是一种看不见、摸不着的物质，但可以通过某些具体的方式展现出来。“在磁铁上放一块玻璃板，玻璃板上撒些铁粉，然后轻拍玻璃板，铁粉便会按照一定方向有序排列，这就是具象化的磁力线。”中国科学院国家天文台研究员张洪起介绍，太阳磁场和地球磁场物理性质基本一样，但太阳磁场更为复杂多变。张洪起曾经长期在国家天文台的怀柔太阳观测基地工作。该基地是国际著名的太阳磁场观测台站，曾取得一系列世界一流观测和研究成果。

“假如能把指南针放在太阳表面，那么会发现在太阳的不同区域，指南针的指向是不同的，即使是在同一区域，指南针在不同时刻所指的方向也会发生变化。”张洪起解释，之所以会出现这样的情况，是因为太阳磁场不断随时间发生演化，并向日地空间扩散开来。

然而，指南针难以放到炙热的太阳附近。为了观测太阳磁场，科学家只能另辟蹊径，利用物理学中的塞曼效应进行观测。塞曼效应是指在外磁场中，原子的发射谱线会发生分裂且偏振的现象。张洪起介绍，通过测量太阳上的光谱分裂和不同分量偏振情况，就能够间接推演太阳表面磁场的分布状态。

1908年，美国天文学家乔治·埃勒里·海耳首先发现太阳黑子具有强磁场。他第一次证实了宇宙中除地球磁场之外的磁场存在，也间接揭示了太阳活动源自磁场。但是，由于太阳大气的不透明性，人们只能测量太阳表层磁场的大概分布情况，无法获得太阳内部磁场的真实分布状态。

帕克在1955年提出了太阳发电机理论，以解释太阳内部磁场的起源和演化。太阳发电机理论认为，通常在太阳内部，高温等离子体的流动受到太阳核心核聚变产生的巨大热量影响，促进了复杂的磁场形成和演化。

“形象地说，太阳就像一个发电机，它的旋转以及内部物质的流动，将运动能转化为电磁能。”张洪起说，由于人们无法真正了解太阳内部，因此至今都不能完全弄清太阳磁场形成的细节。

着眼太阳表面开展研究

为探究太阳磁场的起源，科学家往往先观测太阳表面，然后建立模型，通过计算来推测太阳内部多层次的等离子体流动情况。

《自然》杂志发表的上述研究并未尝试模拟整个太阳内部的复杂等离子体流动，而是研究太阳表面附近等离子体流动的稳定性，以探究其是否足以解答太阳磁场起源问题。

该研究主要基于日震学数据。日震学将低纬度扭转振动定位到太阳外围的5%—10%，即近表剪切层。在该区域，向内增加的差异旋转与极向磁场的耦合强烈暗示了磁旋转的不稳定性。

随后，研究人员运用新算法建立模型，模拟后发现，在太阳表面5%—10%的等离子体流发生的变化就足以产生磁场模式。他们进一步模拟发现，相较之下，太阳对流层深处的变化所产生的磁场与实际观测数据不太吻合。