为什么太阳的磁场每11年反转一次?

时间:2020-12-10 09:12:57   作者:
没人知道为什么是11年(或多或少),而不是15年或5年。基本的过程可能是“阿尔法-欧米伽”发电机,它与两个角旋转参数有关。简单地说:太阳的外层相互滑动,它们也导电。这两种效应一起拉伸了穿过太阳的磁场线,通过诱导电流增强磁场。

导电材料如铜、海水、汞或太阳等离子体有一个有趣的特性。磁场线很难穿过这些材料,因为这样做会产生电流,抵消磁场的运动。这种效果使发电机工作。发电厂的发电机使用铜,铜在外加磁场中运动,并以此拉伸磁场线。但你可以通过在磁铁附近搅动水银或海水来制造发电机。穿透汞或海水的电场线会因流体的搅动而拉长,因为流体的运动会产生电流。这些电流最终会衰减,但衰减的时间取决于流体的导电性。太阳等离子体具有很强的导电性,所以太阳磁场衰减需要很长时间。

为什么太阳的磁场每11年反转一次?

太阳中心2/3的半径(核心和辐射区)近似均匀地旋转,像一个固体。太阳外三分之一的半径(对流区)旋转不同,赤道大约每27天自转一次,两极大约每34天自转一次。这种差异导致了太阳外层的剪切,在对流区和辐射区之间形成了一个非常强的球形剪切层。这个剪切层被称为“他斜”。太阳的磁场线在太阳赤道周围延伸(“欧米茄效应”),产生所谓的深层“环形”磁场——太阳在赤道和低纬度地区有一个强大的磁场环绕其轴线,但这个磁场大部分隐藏在太阳表面的深处。

当环形磁场足够强时,它会改变气压平衡,从而使磁场线浮到海面上(就像在海底给救生衣充气一样)。当它们上升时,它们穿透太阳表面,形成太阳黑子。

现在alpha效果开始发挥作用。阿尔法效应是我们在太阳表面观察到的经向(北/南)环流,尽管不知道为什么会有这种效应。太阳表面的物质趋向于以每小时55英里的速度从赤道向两极移动。它拖拽着磁场线,使得新出现的太阳黑子朝着两极移动。这就把环向磁场转换成太阳两极附近的极向磁场(普通的条形磁铁)。

为什么太阳的磁场每11年反转一次?

一旦极向场足够强大并扩散到太阳内部,欧米伽效应就会接管并开始包裹它。

这是对太阳能发电机的一种粗线条的看法——但其细节仍不为人所知。我们完全不清楚为什么要花这么长的时间,而且既不多也不少。我们(科学家)甚至不能预测下一个太阳周期的时间和强度,更不能完全理解为什么太阳周期会这样运作。这一事实反映在每十年就会在科学界出现两次的关于太阳最大或最小发生时间的打赌中。

木星的公转周期约为11。8年,而太阳的公转周期在9-14年之间变化。但是,由于某种原因,太阳科学家们在谈论太阳时,总是把它当作是由内部动力而不是外部动力驱动的。他们将比较太阳自身内部的磁力和行星施加的磁力,认为行星的影响微不足道。

为什么太阳的磁场每11年反转一次?

如果内部和外部的动力以一种简单的方式相互联系起来,不是很有趣吗?

为了创建最简单的模型,假设在大约11年的时间里,木星在黄道盘的上方,而在接下来的11年里,它在黄道盘的下方。

相对于黄道盘上的观测者,木星在黄道盘上方是顺时针旋转,在黄道盘下方是逆时针旋转。

这有助于想象一个黄道方向的观测者在太阳中心负责太阳磁场将如何看地球。当观测者向外看木星时,它看到的是向上旋转的行星还是向下旋转的行星,这取决于木星相对于黄道盘的位置。换句话说,它看到的是一个正极性的行星还是一个负极性的行星,这取决于木星是在盘的上方还是下方。

当木星每11年从黄道盘的顶部移动到盘的底部时,太阳的极性就会翻转,以补偿这种极性的变化。我相信可以用原子来做类比,但我不想把事情弄得太复杂。

简而言之:从地球的角度来看,太阳喜欢保持它的极性与木星相反——因为木星是一个非常大的行星。
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