
Vyacheslav Lukin是美國國家科學基金會等離子體物理和加速器科學的計劃總監,也是磁化等離子體的高性能計算建模的活躍研究人員。他的最近的工作 專注於太陽等離子體的建模。盧金(Lukin)向現場科學貢獻了這篇文章專家聲音:專家和見解。
8月21日,星期一,美國的人們將有機會將目光轉向天空月亮蝕太陽。那些在整體道路上的人會瞥見太陽的徹底黯然失色。數以百萬計的美國人會戴上特殊的眼鏡並交叉手指以達到完美的觀看條件,但很少有人會意識到,他們看到的光明散發出的光明散發出斑點的太陽能盤是來自太陽的電暈的熱,充電的氣體,或者是外部氣氛,這是一種極為罕見的視線。
那電漿燃料太陽耀斑和太空天氣這會影響地球上的電網和通信系統,並且繼續揭示尚未解決的奧秘。等離子體佔宇宙,星星和星系中可見物質的99.99%,並且在我們的星球上也以多種形式存在。它有望改變我們的思維方式和利用能量,我們如何探索我們的諾言太陽系,甚至我們如何治療癌症和其他疾病。
包括我在內的血漿物理學家,研究太陽將探索日食的觀點,毫無疑問,它會進一步了解這種奇怪物質的基本性質,與普通氣體不同,這種性質是電離或充電的,因此考慮物質的第四個狀態。 [改變科學的10種太陽日食這是給出的
血漿狀態
等離子體物理學的領域相對年輕,因為直到1879年才確定該狀態,當時英國科學家威廉·克魯克斯爵士將其稱為“輻射物質”。它在1928年被更名為“血漿”。我們現在知道,從精細設計的納米級輻射源到熟悉的滷素燈和熒光燈燈泡到超新星和星系簇的物體中存在等離子體。
涉及等離子體的過程還涵蓋了巨大的時間,從attsecond(一秒鐘的四分之一)X射線激光粒子相互作用(10^18可以發生在一個秒中)到22年循環的太陽能磁場的再生和進化,再到數百萬年來的星系的形成。
研究人員一直在利用大量流程的基本要素獲得新的見解和線束等離子體的力量。這些研究已成為許多技術應用的基礎,例如微芯片設計,醫學成像,癌症治療,太空推進和更好的太空天氣預測。等離子體研究還激發了控制融合能源技術的設計 - 一種環境清潔且幾乎無限的功率來源。
捕獲電暈
對於我們中的那些人來說,日食將揭示太陽電暈的複雜性和美麗。太陽中的磁場產生了從電暈發射的等離子體的迴路和尖峰 - 天文學家使用高科技地面和空間基望遠鏡每天都觀察到這一點。 Eclipse將提供一個機會,以消除太陽能磁盤的亮度來查看所有活動。 (通常,明亮的太陽能磁盤會超越太陽外部氣氛中的光芒。)
但是,研究人員還重新創建並研究了美國和世界各地實驗室微型的相同物理過程。兩個十年,正在進行的伙伴關係在國家科學基金會和美國能源部之間,以各種形式推動血漿探索,它正在幫助我們理解以前從未如此前所未有的等離子體。 [2017年太陽日食:何時,何處和如何查看(安全)這是給出的
其中一些研究正在幫助解決長期存在的太陽能謎團:為什麼是太陽的電暈高100倍比表面?太陽溫度神秘的解決方案可能始於其磁發電機。動蕩的等離子體在太陽密集的內部流動 - 白熾等血漿的MIASMA在“他們可能是巨人”的名聲中,產生了在電暈中出現,擴展和解開自己的糾結磁場。在這樣做的同時,磁場的能量被轉化為熱量,這種熱量通過電暈的脆弱等離子體以巨大的方式釋放,通過多種波浪,衝擊和耀斑,我們可以很容易地使用現代望遠鏡觀察到。
然而,關於血漿和磁場如何相互作用以加熱電暈並產生耀斑的許多問題的答案仍然未知。組合更好的觀察,高度複雜的計算機模型(我的研究領域)以及批判的理論進步繼續提高我們解釋為什麼太陽及其最終地球太空環境的能力。
利用融合
磁化等離子體湍流的過程不是太陽所獨有的。它在星系,太陽和恆星風的形成中起著同樣重要的作用,以及可能成為等離子體物理學最大的社會應用之一:受控融合能。
自從65年前在太平洋的一個島上測試了氫彈炸彈(一種分階段的融合裝置)以來,科學家們夢想著利用相同的融合能量,這也使太陽的核心為和平目的提供了動力。如今,在美國和世界各地正在追求一些融合反應的概念,以此作為核電站的更安全替代品。
這些概念大多數都依賴於將融合等離子體限制在磁場中的能力。成功的關鍵之一是學習如何利用自然的教訓來加熱和控制血漿,就像在更大規模的情況下一樣,等離子體在太陽的電暈中加熱並組織成明確的結構。
繼續血漿物理任務
從等離子體物理學的角度探索自然,使我們能夠重新審視宇宙工作方式和我們認為所理解的方式的基礎,從而推進技術發展。
8月21日,總數日食將經過,在每個觀看區域上最多花2分40秒,並在90分鐘內越過全國。之後,許多觀眾將刪除他們的日食眼鏡,將照片張貼到社交媒體上並繼續前進。 [NASA的太陽日食圖(照片)這是給出的
但是,對於像我和我的同事這樣的許多等離子體物理學家來說,這將是特殊的一天。科學家將收集有關電暈的一系列新的強大數據,我們將邁出了對這種基本狀態及其在宇宙中的基本狀態的更全面了解的另一步驟。
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