重磅:在太阳大气中发现奇异物质!

在太阳大气中发现奇异物质,来自爱尔兰和法国的科学家2019年5月24日宣布了一项关于物质在太阳大气极端条件下行为的重大新发现。科学家们在美国宇航局航天器上使用大型射电望远镜和紫外线照相机,以更好地理解这种奇特但人们知之甚少的“第四种物质状态”。这种物质被称为等离子体,它可能是开发地球上安全、清洁和高效核能发电机的关键,其研究结果发表在《自然通讯》上。

我们在日常生活中遇到的大多数物质都是以固体、液体或气体的形式存在,但宇宙的大部分物质是由等离子体组成:一种高度不稳定且带电的液体,太阳也是由这种等离子体构成。尽管等离子体是宇宙中最常见的物质形式,但它仍然是一个谜,主要是因为它在地球自然条件下的稀缺性,这使得它很难研究。地球上的特殊实验室为此目的重建了太空极端条件,但太阳代表了一个纯天然的实验室,研究等离子体在极端条件下的行为。

而这种极端条件对于人工建造的地球实验室来说往往过于极端。都柏林三一学院(Trinity College Dublin)和都柏林高等研究院(Dublin Institute of Advanced Studies, DIAS)的博士后研究员约恩·卡利(Eoin Carley)博士领导了这项国际合作。太阳大气层是极端活动的温床,等离子体温度超过100万摄氏度,粒子的运动速度接近光速。光速粒子在射电波长下发出明亮的光,所以我们能够用大型射电望远镜精确地监测等离子体的行为。

研究人员与巴黎天文台的科学家密切合作,用位于法国中部南卡的大型射电望远镜观测太阳。将射电观测与美国宇航局太空太阳动力学观测飞船上的紫外摄像机结合起来,证明太阳上的等离子体经常可以发射射电光,就像灯塔一样发出脉冲。对这种活动已经了解几十年了,但是对太空和地面设备的使用使我们第一次能够成像射电脉冲,并确切地看到等离子体在太阳大气中是如何变得不稳定的。

研究太阳上等离子体的行为,可以比较它们在地球上的行为。目前,在地球上建造磁约束聚变反应堆的努力正在进行。这些核能发电机比我们今天使用的裂变反应堆更安全、更清洁、更高效。DIAS教授兼该项目的合作者Peter Gallagher说:核聚变是一种不同类型的核能发电,它将等离子体原子融合在一起,而不是像裂变那样将它们分裂。核聚变更稳定、更安全,而且不需要高放射性燃料;事实上,聚变产生的大部分废料是惰性氦。唯一的问题是核聚变等离子体非常不稳定,一旦等离子体开始产生能量,一些自然过程就会停止反应。

虽然这种关闭行为就像一个固有的安全开关(聚变反应堆不会形成失控的反应)这也意味着等离子体很难维持在稳定的状态来发电。通过研究等离子体如何在太阳上变得不稳定,可以了解如何在地球上控制它们。三一学院、迪亚斯学院和法国合作者之间的密切联系使这项研究的成功成为可能。巴黎该项目的主要合作者尼科尔·维尔默博士说:巴黎天文台对太阳进行无线电观测的历史可以追溯到20世纪50年代。通过与欧洲其他射电天文学小组的合作,能够取得突破性的发现,比如这个:

并延续我们在法国太阳射电天文学上的成功。它还进一步加强了法国和爱尔兰之间的科学合作,研究人员希望这种合作在未来继续下去。Carley博士以前在巴黎天文台工作,由爱尔兰研究委员会和欧洲委员会颁发的奖学金资助。今天,他继续与他的法国同事密切合作,并希望不久就能利用法国的仪器和爱尔兰新建的最先进设备来研究同样的现象。比如爱尔兰低频阵列(I-LOFAR)可以比以前更详细地揭示太阳上新的等离子体物理学,教会我们物质如何在太阳、地球和整个宇宙的等离子体中的表现。

博科园|研究/来自:都柏林三一学院

参考期刊《自然通讯》

DOI: 10.1038/s41467-019-10204-1

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