長期以來，科學家們一直對一個不同尋常的太陽謎團感到困惑：太陽外層大氣，即日冕，比其下方的太陽表面溫度高得多。更令人費解的是，太陽風——一股由帶電粒子和磁場組成的連續流，從太陽向外流出，在進入太空時速度極快。湍流耗散的過程被認為是這兩種效應的核心，在這個過程中，機械能轉化為熱能。然而，在太陽附近，環境幾乎不會發生碰撞，這使得我們很難理解這種能量轉移的確切發生方式。

一項基于帕克太陽探測器數據的新研究揭示了日冕中存在一種長期理論化的現象，即所謂的“螺旋度屏障”。圖片來源：NASA 戈達德太空飛行中心/CIL/Brian Monroe

為了探究這一謎團，研究人員參考了美國宇航局帕克太陽探測器的數據。該探測器目前保持著所有航天器最接近太陽的記錄。通過直接穿過太陽大氣層，帕克探測器為科學家們提供了前所未有的觀測恒星周圍環境的機會，使他們能夠直接探索此前無法到達的區域。

這項研究的結果為先前提出的一種被稱為“螺旋度屏障”的現象提供了強有力的證據。這種效應顯著改變了湍流能量的耗散方式。具體來說，螺旋度屏障會干擾小尺度的能量傳遞，改變波動的分解方式以及周圍等離子體最終的加熱方式。

倫敦瑪麗女王大學博士生、該研究的主要作者杰克·麥金泰爾評論道：“這一結果令人興奮，因為通過確認‘螺旋度屏障’的存在，我們可以解釋太陽風一些此前無法解釋的特性，包括質子通常比電子更熱。通過加深我們對湍流耗散的理解，它也可能對天體物理學中的其他系統產生重要影響?！?/p>

美國宇航局帕克太陽探測器。圖片來源：NASA

研究小組還確定了這種屏障發生的具體條件。他們發現，當磁場強度相對于等離子體中的壓力較大時，螺旋度屏障就會完全形成，而當構成湍流的反向傳播等離子體波之間的不平衡性較大時，螺旋度屏障會變得更加明顯。至關重要的是，這些條件在靠近太陽的太陽風中經常出現，而帕克太陽探測器目前正在探索太陽風，這意味著這種效應應該是普遍存在的。

倫敦瑪麗女王大學空間等離子體物理學講師兼麥金泰爾的導師克里斯托弗·陳博士補充道：“這篇論文意義重大，因為它為螺旋度屏障的存在提供了清晰的證據，從而解答了一些關于日冕加熱和太陽風加速的長期問題，例如太陽大氣中觀察到的溫度特征，以及不同太陽風流的變化。這使我們能夠更好地理解湍流耗散的基本物理原理、小尺度物理與日球層整體特性之間的聯系，并對空間天氣做出更準確的預測。”

這一發現的意義遠不止于我們自己的恒星，因為宇宙中許多熾熱、彌散的天體物理等離子體也不存在碰撞。了解能量在這些環境中如何轉化為熱量，對天體物理學有著深遠的影響。直接觀測太陽風中的螺旋度屏障，為研究這些復雜的過程提供了一個獨特的天然實驗室。

編譯自/scitechdaily