在太陽大氣中發(fā)現(xiàn)奇異物質(zhì)，來自愛爾蘭和法國(guó)的科學(xué)家2019年5月24日宣布了一項(xiàng)關(guān)于物質(zhì)在太陽大氣極端條件下行為的重大新發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)家們?cè)诿绹?guó)宇航局航天器上使用大型射電望遠(yuǎn)鏡和紫外線照相機(jī)，以更好地理解這種奇特但人們知之甚少的“第四種物質(zhì)狀態(tài)”。

這種物質(zhì)被稱為等離子體，它可能是開發(fā)地球上安全、清潔和高效核能發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵，其研究結(jié)果發(fā)表在《自然通訊》上。

我們?cè)谌粘Ｉ钪杏龅降拇蠖鄶?shù)物質(zhì)都是以固體、液體或氣體的形式存在，但宇宙的大部分物質(zhì)是由等離子體組成：一種高度不穩(wěn)定且?guī)щ姷囊后w，太陽也是由這種等離子體構(gòu)成。盡管等離子體是宇宙中最常見的物質(zhì)形式，但它仍然是一個(gè)謎，主要是因?yàn)樗诘厍蜃匀粭l件下的稀缺性，這使得它很難研究。地球上的特殊實(shí)驗(yàn)室為此目的重建了太空極端條件，但太陽代表了一個(gè)純天然的實(shí)驗(yàn)室，研究等離子體在極端條件下的行為。

而這種極端條件對(duì)于人工建造的地球?qū)嶒?yàn)室來說往往過于極端。都柏林三一學(xué)院(Trinity College Dublin)和都柏林高等研究院(Dublin Institute of Advanced Studies, DIAS)的博士后研究員約恩·卡利(Eoin Carley)博士領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)國(guó)際合作。太陽大氣層是極端活動(dòng)的溫床，等離子體溫度超過100萬攝氏度，粒子的運(yùn)動(dòng)速度接近光速。光速粒子在射電波長(zhǎng)下發(fā)出明亮的光，所以我們能夠用大型射電望遠(yuǎn)鏡精確地監(jiān)測(cè)等離子體的行為。

研究人員與巴黎天文臺(tái)的科學(xué)家密切合作，用位于法國(guó)中部南卡的大型射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)太陽。將射電觀測(cè)與美國(guó)宇航局太空太陽動(dòng)力學(xué)觀測(cè)飛船上的紫外攝像機(jī)結(jié)合起來，證明太陽上的等離子體經(jīng)?？梢园l(fā)射射電光，就像燈塔一樣發(fā)出脈沖。對(duì)這種活動(dòng)已經(jīng)了解幾十年了，但是對(duì)太空和地面設(shè)備的使用使我們第一次能夠成像射電脈沖，并確切地看到等離子體在太陽大氣中是如何變得不穩(wěn)定的。

研究太陽上等離子體的行為，可以比較它們?cè)诘厍蛏系男袨?。目前，在地球上建造磁約束聚變反應(yīng)堆的努力正在進(jìn)行。這些核能發(fā)電機(jī)比我們今天使用的裂變反應(yīng)堆更安全、更清潔、更高效。DIAS教授兼該項(xiàng)目的合作者Peter Gallagher說：核聚變是一種不同類型的核能發(fā)電，它將等離子體原子融合在一起，而不是像裂變那樣將它們分裂。核聚變更穩(wěn)定、更安全，而且不需要高放射性燃料；事實(shí)上，聚變產(chǎn)生的大部分廢料是惰性氦。唯一的問題是核聚變等離子體非常不穩(wěn)定，一旦等離子體開始產(chǎn)生能量，一些自然過程就會(huì)停止反應(yīng)。

雖然這種關(guān)閉行為就像一個(gè)固有的安全開關(guān)（聚變反應(yīng)堆不會(huì)形成失控的反應(yīng)）這也意味著等離子體很難維持在穩(wěn)定的狀態(tài)來發(fā)電。通過研究等離子體如何在太陽上變得不穩(wěn)定，可以了解如何在地球上控制它們。三一學(xué)院、迪亞斯學(xué)院和法國(guó)合作者之間的密切聯(lián)系使這項(xiàng)研究的成功成為可能。巴黎該項(xiàng)目的主要合作者尼科爾·維爾默博士說：巴黎天文臺(tái)對(duì)太陽進(jìn)行無線電觀測(cè)的歷史可以追溯到20世紀(jì)50年代。通過與歐洲其他射電天文學(xué)小組的合作，能夠取得突破性的發(fā)現(xiàn)，比如這個(gè)：

并延續(xù)我們?cè)诜▏?guó)太陽射電天文學(xué)上的成功。它還進(jìn)一步加強(qiáng)了法國(guó)和愛爾蘭之間的科學(xué)合作，研究人員希望這種合作在未來繼續(xù)下去。Carley博士以前在巴黎天文臺(tái)工作，由愛爾蘭研究委員會(huì)和歐洲委員會(huì)頒發(fā)的獎(jiǎng)學(xué)金資助。今天，他繼續(xù)與他的法國(guó)同事密切合作，并希望不久就能利用法國(guó)的儀器和愛爾蘭新建的最先進(jìn)設(shè)備來研究同樣的現(xiàn)象。比如愛爾蘭低頻陣列(I-LOFAR)可以比以前更詳細(xì)地揭示太陽上新的等離子體物理學(xué)，教會(huì)我們物質(zhì)如何在太陽、地球和整個(gè)宇宙的等離子體中的表現(xiàn)。

博科園｜研究/來自：都柏林三一學(xué)院

參考期刊《自然通訊》

DOI: 10.1038/s41467-019-10204-1

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普