眼所不可見的太陽磁場精細結構：強大而複雜

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據國外媒體報道，我們每個人一定都有這樣的經驗：從地球上看去，太陽基本上就是一個靜止的亮黃色圓盤，但實際上這是巨大的誤解，太陽的表面到處都在上演著劇烈的各種運動。在1950年代，天文學家們第一次目睹太陽表面激烈的物質運動場景，而在這些運動的背後，是太陽強大而複雜的磁場。現在，利用最新技術，科學家們揭示了肉眼所不可見的太陽磁場的複雜結構。

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                    這張圖像展示的是由“太陽動力學天文台”（SDO）在2016年3月12日拍攝的圖像背景基礎上疊加的太陽磁場結構圖。

                         這些磁感線所展現出的複雜纏繞和布局能夠讓科學家們了解太陽磁場在太陽表面與內部物質運動環境下相應所發生的變化情況

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　　太陽磁場極其重要，它在諸多方面都發揮著關鍵作用，從太陽爆發導致地球附近空間天氣環境的改變，並引發磁暴或極光等現象，再到行星際空間的磁場和太陽輻射強度等等。因此對太陽磁場有所了解將是我們理解太陽係空間性質的必要步驟。

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　　研究顯示，太陽大氣中的一些“亮斑”可以被作為太陽磁場的標記物。根據美國宇航局“太陽動力學天文台”（SDO）探測器在2016年3月12日拍攝的圖像，科學家們繪製出了太陽磁場的結構圖。這些磁感線所展現出的複雜纏繞和布局能夠讓科學家們了解太陽磁場在太陽表面與內部物質運動環境下相應所發生的變化情況。

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                 　這兩張圖像的對比展示的是2011年1月（左側）到2014年7月（右側）期間太陽磁場發生的變化。在2011年1月，

                        當時是太陽極大年之後3年，太陽表面的磁感線基本形態還比較簡單，極區的磁線圈開放向外伸展；

                        而2014年7月正值新一輪的太陽極大期，可以看到太陽磁感線的結構明顯變得更加複雜

　　圖像顯示在太陽表面的那些“亮斑”附近，太陽磁場的強度是最高的——說明這些區域是強烈的磁場活躍區，並且可以看到有很多的磁感線將這類活動區域連接了起來。該磁場結構圖的構建使用了所謂PFSS，即“勢場源表面”模型，這是一種基於對太陽表面磁場強度測量數據構建的太陽磁場模型。作為背景的底圖則是在171埃波長的極紫外波段拍攝的太陽圖像。這一波長的光無法被人眼看到，這裏用金色的假彩色進行表示。

　　位於美國馬裏蘭州的美國宇航局戈達德空間飛行中心太空科學家迪恩·佩斯尼爾（Dean Pesnell）表示：“我們目前還不能肯定太陽磁場究竟是在太陽內部何處所產生的。太陽內部產生磁場的地方可能是在靠近表層的位置，但也有可能位於太陽內部的其他不同深度上。”

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　　為了揭開這個問題的答案，科學家們對太陽表面物質的運動進行觀察。

                  

                   太陽磁場極其重要，它在諸多方面都發揮著關鍵作用，從太陽爆發導致地球附近空間天氣環境的改變，

                        並引發磁暴或極光等現象，再到行星際空間的磁場和太陽輻射強度等等。

                        因此對太陽磁場有所了解將是我們理解太陽係空間性質的必要步驟。

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　　太陽基本上是由等離子體物質組成的。所謂等離子體大致就是氣態物質在高溫等極端條件下，原子發生電離而形成的電子與離子分離的帶電粒子混合狀態。當帶電粒子發生運動，它們會自然而然地形成磁場，而反過來這又會影響到這些帶電粒子的運行路徑。太陽內部的等離子體不斷運動，形成一個複雜的因果循環流動模式，並最終形成了強大的太陽磁場。這一磁場形成機製被稱作“太陽發電機”（solar dynamo）。

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       人類目前對於太陽磁場還缺乏完整了解，包括理解它的產生原理以及在太陽深部的結構。但科學家們的確已經在這些方面取得了良好的進展。

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　　舉例來說，我們已經注意到太陽磁場似乎存在著11年左右的活動周期。在每一次高峰期過後太陽都會重新恢複平靜，磁感線恢複到最為簡單而舒展的狀態，這一階段也就是所謂的“太陽極小”（solar minimum）。在這樣的年份，太陽表面的爆發現象非常少見。

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　　然而就從此刻開始，太陽表面的磁感線再次隨著時間推移變得愈加複雜，直到最終完全纏繞在一起，並迎來新的一次太陽活動峰年，也就是所謂的“太陽極大”（solar maximum）。

　　佩斯尼爾指出：“在太陽極大時期，太陽表面的磁感線結構複雜，其中還可以找到很多微小的結構，而這些微小結構則恰恰對應於我們所看到的太陽表面活躍區。而在太陽極小時期，磁場強度減弱並集中在兩極地區。磁感線顯得非常簡單平滑，不會形成太陽黑子。”

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　　目前，太陽正處於一個多世紀以來最平靜的時期。

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