这项新研究利用了美国宇航局帕克太阳探测器的数据,该探测器已成为最接近太阳的航天器,直接飞越太阳大气层。这种前所未有的近距离使研究人员首次得以直接探索这一极端环境,为解开这些谜团提供了关键数据。
该论文提出了令人信服的证据,表明"螺旋度壁垒"处于活跃状态并深刻改变了湍流耗散的本质。这一先前被理论化的效应,在小尺度上对能量的湍流级联形成了屏障,从根本上改变了涨落耗散的方式,进而改变了等离子体的加热机制。
论文第一作者、伦敦玛丽女王大学博士生杰克·麦克因泰尔评论道:"这一结果令人振奋,因为通过确认'螺旋度壁垒'的存在,我们能够解释太阳风先前无法解释的特性,包括其质子温度通常高于电子这一现象。该发现通过深化对湍流耗散的理解,也可能对天体物理中的其他系统产生重要影响。"
研究团队还确定了该屏障形成的特定条件。他们发现:当磁场强度相对于等离子体压强显著增大时,螺旋度壁垒会完全形成;且构成湍流的反向传播等离子体波之间不平衡性越大时,该屏障效应越显著。关键在于,这些条件在帕克探测器当前探测的临近太阳的太阳风中频繁出现,意味着该效应应广泛存在。
伦敦玛丽女王大学空间等离子体物理学准教授、麦克因泰尔的导师克里斯托弗·陈博士补充道:"本论文的重要性在于为螺旋度壁垒的存在提供了明确证据,这解答了关于日冕加热和太阳风加速的若干长期疑问,例如太阳大气中观测到的温度特征以及不同太阳风流的变化性。这使我们能更好理解湍流耗散的基础物理原理、小尺度物理与日光层全局特性之间的联系,并为空间天气预报提供更精准的预测。"
此项发现的科学意义超越了我们的恒星:宇宙中许多高温稀薄的天体物理等离子体同样属于无碰撞体系。理解这些环境中能量如何耗散为热能,对天体物理学具有广泛意义。太阳风中螺旋度壁垒的直接观测,为研究这些复杂过程提供了独特的天然实验室。
Story Source:
Materials provided byQueen Mary University of London.Note: Content may be edited for style and length.
Journal Reference:
J. R. McIntyre, C. H. K. Chen, J. Squire, R. Meyrand, P. A. Simon.Evidence for the Helicity Barrier from Measurements of the Turbulence Transition Range in the Solar Wind.Physical Review X, 2025; 15 (3) DOI:10.1103/PhysRevX.15.031008
2025-08-04
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