研究表明太阳和地球一样 也有受磁环境影响的极地涡旋

根据美国国家科学基金会国家大气研究中心（NSF NCAR）领导的最新研究，太阳和地球一样，很可能也有极地漩涡。 然而，与地球的大气漩涡不同，这些太阳漩涡的形成和演变是由磁场决定的。

这项研究发表在今天（11月11日）的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，对我们了解太阳的磁行为及其太阳周期具有重要意义。 这种洞察力可以提高我们预测空间天气事件的能力，这些事件有时会扰乱地球上的系统。 这些发现还提供了有关未来任务可能在太阳两极观测到什么的线索，有助于确定这些任务的时间和目标。

领导这项新研究的美国国家科学基金会 NCAR 高级科学家 Mausumi Dikpati 说："没有人能确定太阳两极正在发生什么。但这项新研究让我们看到，当我们首次能够观测太阳两极时，我们可能会发现什么，这很耐人寻味。"

这项研究得到了美国国家科学基金会（NSF）和美国国家航空航天局（NASA）的支持，利用了NSF NCAR的Cheyenne和Derecho系统的超级计算资源。

在模拟中，一个紧密的极地漩涡环在纬度 55 度左右形成，相当于地球的北极圈。 漩涡形成后，以一个不断收紧的环形向两极移动，随着环形的收拢，漩涡不断脱落，最终只剩下一对漩涡与两极直接相邻，然后在太阳活动最大时完全消失。 随着太阳周期强度的变化，形成涡旋的数量及其向两极移动时的构造也会发生变化。 资料来源：UCAR

太阳上可能存在某种极地旋涡并不令人惊讶。 由于科里奥利力的作用，围绕旋转体的流体中会形成这种旋转形态，在太阳系的大多数行星上都观测到过这种现象。 在地球上，南北两极周围的大气层中都有高空旋涡。 当这些漩涡稳定时，它们会将冷空气锁定在两极，但当它们减弱并变得不稳定时，它们就会让冷空气渗向赤道，导致中纬度地区冷空气爆发。

美国国家航空航天局（NASA）的"朱诺"（Juno）任务航天器传回了木星上极地漩涡的惊人图像，显示在这颗气体巨行星的北极周围有八个紧密的漩涡，南极周围有五个。 美国国家航空航天局的卡西尼号宇宙飞船看到的土星上的极地漩涡在北极呈六角形，在南极则呈圆形。 这些差异为科学家提供了了解每颗行星大气构成和动态的线索。

在火星、金星、天王星也观测到了极涡、 海王星和土星的卫星土卫六，因此，从某些方面来说，太阳（也是一个被流体包围的旋转体）具有这些特征可能是显而易见的。 但是，太阳与拥有大气层的行星和卫星也有本质区别：环绕太阳的等离子体"流体"具有磁性。

这种磁性会如何影响太阳极地涡旋的形成和演变--或者它们是否会形成--是一个谜，因为人类从未向太空派出过能够观测太阳极地的任务。 事实上，我们对太阳的观测仅限于观察太阳指向地球时的面貌，而对两极可能发生的情况只能提供一些提示。

与太阳周期有关的涡旋环

由于我们从未观测过太阳的两极，科学小组依靠计算机模型来填补太阳极地涡旋可能是什么样子的空白。 他们发现，太阳很可能确实有一种独特的极地涡旋模式，这种模式随着太阳周期的展开而演变，并取决于任何特定周期的强度。

在模拟中，一个紧密的极地涡旋环形成于纬度 55 度左右--相当于地球的北极圈--与此同时，一种被称为"冲向极地"的现象开始出现。 在每个太阳周期的最大值，太阳两极的磁场会消失，取而代之的是极性相反的磁场。 在磁场翻转之前，极性相反的磁场开始从大约 55 度的纬度向极地移动，这就是"冲向两极"。

漩涡形成后，以一个不断收紧的圆环向两极移动，随着圆环的闭合，漩涡不断脱落，最终只剩下一对漩涡与两极直接相邻，然后在太阳活动最大时完全消失。 有多少漩涡形成以及它们向两极移动时的构造会随着太阳周期强度的变化而变化。

这些模拟为太阳磁场在两极附近的表现提供了一块缺失的拼图，可能有助于回答有关太阳的太阳周期的一些基本问题。 例如，过去许多科学家用"冲向两极"的磁场强度来代表即将到来的太阳周期可能有多强。 但是，这些因素之间的联系机制尚不清楚。

模拟还提供了可用于规划未来太阳观测任务的信息。 也就是说，模拟结果表明，除了太阳极大期之外，在太阳周期的所有阶段都可以观测到某种形式的极涡。

林克公司负责太空业务的副总裁斯科特-麦金托什（Scott McIntosh）是这篇论文的共同作者之一。

太阳轨道器是美国国家航空航天局和欧洲航天局的一项合作任务，它可以让研究人员第一次看到太阳两极，但第一次观测将接近太阳最大值。 作者指出，一项旨在观测太阳两极并为研究人员提供多个同步视角的任务可以帮助他们回答许多长期以来关于太阳磁场的问题。

麦金托什说："我们现在的概念边界是，我们只能从一个角度进行观测。为了取得重大进展，我们必须进行必要的观测，以检验我们的假设，并确认类似的模拟是否正确。"

编译自/ScitechDaily