當(dāng)太陽爆發(fā)耀斑時(shí)，充滿帶電粒子的熔漿從太陽表面向外噴發(fā)，太陽磁場(chǎng)的活動(dòng)規(guī)律似乎不完全與目前被人們廣泛認(rèn)知的物理定律相符合，依據(jù)目前熔漿流體凍結(jié)理論的解釋，太陽耀斑磁力線以一體化和不間斷的狀態(tài)從太陽磁場(chǎng)噴涌而出，磁力線的溢出有一定的節(jié)律和鎖定的步驟，沒有與太陽磁場(chǎng)產(chǎn)生真正的分離。似乎與太陽磁力線溢出的理論解釋不同，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽耀斑磁力線有時(shí)分離了太陽磁場(chǎng)，分離后又快速地與太陽磁場(chǎng)重新連接，長期以來，分離和重合的磁場(chǎng)現(xiàn)象困擾了天體物理學(xué)家的認(rèn)知。

5月23日，一篇發(fā)表在《自然》雜志的論文重新審視了太陽耀斑的發(fā)生機(jī)制，約翰·霍普金斯大學(xué)的數(shù)學(xué)物理學(xué)家格雷戈里·埃英克帶領(lǐng)了一支科學(xué)團(tuán)隊(duì)，在神秘太陽耀斑現(xiàn)象的背后找到了關(guān)鍵的線索，湍流是太陽耀斑發(fā)生的根源，暴戾兇猛的太陽湍流與一架噴氣式客機(jī)卷入大氣層的湍流有相同的性質(zhì)，大氣層湍流可能將一架客機(jī)肢解成碎片，造成嚴(yán)重的空難事故?？鐚W(xué)科的科學(xué)團(tuán)隊(duì)使用了復(fù)雜的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)太陽磁場(chǎng)和耀斑湍流的相互作用進(jìn)行了模擬，構(gòu)建了太陽耀斑發(fā)生機(jī)理的物理模型，解開了目前的熔漿流體凍結(jié)理論難以解開的謎題。

熔漿流體的凍結(jié)理論十分成功地解釋了耀斑產(chǎn)生的機(jī)理，然而，理論的解釋在其它的情形中似乎并不成立，存在明顯的遺憾和不足之處，跨學(xué)科科學(xué)團(tuán)隊(duì)制定的科研目標(biāo)是找出凍結(jié)理論出現(xiàn)偏差的原因。70年以前，漢尼斯·阿爾文提出了熔漿流體凍結(jié)理論，為此榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，他的研究成果得到了科學(xué)界的認(rèn)可，阿爾文認(rèn)為太陽耀斑磁力線好像一條順勢(shì)而下的河流，流動(dòng)的液體好像一條條線狀的玻璃纖維，太陽磁力線匯聚成了一條“河流”，好似抽水?dāng)嗔魉?，磁力線“水流”難以分離，總能重新融合。

科學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，阿爾文的理論解釋在洶涌翻滾的太陽耀斑得不到持續(xù)的驗(yàn)證，他們?cè)谟^測(cè)中確定了一個(gè)事實(shí)，耀斑磁力線可以發(fā)生彼此的分離，從磁場(chǎng)脫離的磁力線好似拉伸的橡皮筋，僅在15分鐘的時(shí)間內(nèi)，暫時(shí)分離的磁力線重新連接起來，在磁力線異常兇猛的分離過程釋放了大量能量，形成了太陽耀斑的動(dòng)力之源。依據(jù)阿爾文的熔漿流體凍結(jié)理論的解釋，在現(xiàn)代等離子體物理學(xué)的基礎(chǔ)上推算，在太陽日冕層發(fā)生的耀斑經(jīng)過了100萬年多的時(shí)間。阿爾文的理論有一個(gè)疑難，在一些情形中有效，而在另一些情形中無效。

有必要證實(shí)湍流在耀斑形成中扮演的角色，用湍流理論預(yù)測(cè)耀斑的屬性，埃里克召集了由一支由天體物理學(xué)、機(jī)械工程學(xué)、數(shù)據(jù)管理和計(jì)算機(jī)科學(xué)的研究人員組成的科學(xué)團(tuán)隊(duì)，以約翰·霍普金斯大學(xué)為中心，聯(lián)合了世界上多家研究機(jī)構(gòu)，作為一次高度合作的嘗試，團(tuán)隊(duì)的每個(gè)成員貢獻(xiàn)了自己的專長，單憑一個(gè)人的特長難以達(dá)成既定的研究目標(biāo)。經(jīng)過計(jì)算機(jī)技術(shù)的模擬，團(tuán)隊(duì)成員復(fù)制了太陽耀斑內(nèi)部由帶電粒子構(gòu)成的等離子體，模擬實(shí)驗(yàn)的太陽耀斑等離子體變得暗流洶涌，阿爾文的熔漿流體凍結(jié)理論不再適用。

多數(shù)物理學(xué)家期待著太陽耀斑等離子體出現(xiàn)波濤翻涌的景象，更高的傳導(dǎo)性更好地符合了熔漿流體凍結(jié)理論的預(yù)期，事實(shí)恰好相反，太陽耀斑等離子體發(fā)生了完全的分離，磁力線隨意擺動(dòng)，幾乎沒有任何的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，好像在量子力學(xué)中出現(xiàn)的不可預(yù)期現(xiàn)象，沒有可以預(yù)測(cè)的秩序，但也不是徹底的混亂或混沌，磁力線的運(yùn)動(dòng)好像火災(zāi)發(fā)生的情形，一團(tuán)團(tuán)的煙霧在火焰的上空翻涌和滾動(dòng)。有些學(xué)者相信，可能有解釋太陽耀斑現(xiàn)象的其它理論，但湍流理論十分引人入勝，很好地解釋了磁力線的分離現(xiàn)象。不同學(xué)科的合作研究方式有獨(dú)到之處，團(tuán)隊(duì)成員在解開太陽耀斑謎團(tuán)時(shí)使用了創(chuàng)新的數(shù)據(jù)處理方法，在斯隆數(shù)字巡天計(jì)劃中曾采用過這一技術(shù)。

科學(xué)團(tuán)隊(duì)使用了高性能計(jì)算機(jī)，應(yīng)用了基礎(chǔ)數(shù)學(xué)的工具，融合了不同的學(xué)科，物理學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科組成了大學(xué)科，處理了十分龐大的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過新的科學(xué)合作方式更好地解釋了太陽耀斑的發(fā)生機(jī)制。從太陽日冕層噴發(fā)了大量的離子體，匯聚成強(qiáng)大的“太空氣象”，太陽風(fēng)暴可能引發(fā)地球磁暴，在太空活動(dòng)的宇航員因此受到極大的危害，地球磁暴可能擊毀通訊衛(wèi)星，摧毀地面的電網(wǎng)系統(tǒng)，造成大規(guī)模的停電現(xiàn)象。出于研究太陽耀斑和地球磁暴的科學(xué)價(jià)值，加拿大科學(xué)和工程研究委員會(huì)、美國國家科學(xué)基金會(huì)和霍普金斯大學(xué)的數(shù)據(jù)密集工程和科學(xué)研究所和微軟研究基金會(huì)為跨國和跨學(xué)科的科學(xué)團(tuán)隊(duì)給以了經(jīng)費(fèi)支持。

（編譯：2021-5-23）

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