3厘米玻璃球如何帮助科学家了解太空天气

太阳耀斑和其他类型的空间天气会对太空飞行以及绕地球运行的电信和其他类型的卫星造成严重破坏。但迄今为止，科学家研究克服这一挑战的方法的能力受到严重限制。这是因为他们在地球上的实验室中进行的实验受到重力的影响与太空条件完全不同。

但加州大学洛杉矶分校物理学家的一项新研究最终可以帮助解决这个问题 - 这可能是在太空探险期间保护人类(和设备)以及确保卫星正常运行的一大步。该论文发表在《物理评论快报》上。

加州大学洛杉矶分校的研究人员有效地再现了直径为3厘米(约1.2英寸)的玻璃球内恒星和其他行星上或附近的重力类型。为此，他们使用声波来产生球形引力场并产生等离子体对流 - 气体在接近物体表面时冷却，然后在接近核心时重新加热并再次上升 - 产生流体电流，进而产生磁电流。

这一成就可以帮助科学家克服重力在实验中的限制作用，这些实验旨在模拟恒星和其他行星中发生的对流。

“人们对尝试用实验室实验模拟球形对流非常感兴趣，以至于他们实际上在航天飞机上进行了实验，因为他们无法在地面上获得足够强大的中心力场，”加州大学洛杉矶分校物理学教授，该研究的资深作者Seth Putterman说。“我们展示的是，我们的微波产生的声音系统产生的引力如此之强，以至于地球的引力不是一个因素。我们不再需要进入太空进行这些实验。

加州大学洛杉矶分校的研究人员使用微波将玻璃球内的硫磺气体加热到5000华氏度。球内的声波就像重力一样，限制了被称为等离子体的热弱电离气体的运动，形成类似于恒星等离子体电流的模式。

“声场就像重力一样，至少在驱动气体对流时是这样，”加州大学洛杉矶分校项目科学家、该研究的第一作者约翰·库拉基斯(John Koulakis)说。“通过在热等离子体的球形烧瓶中使用微波产生的声音，我们实现了比地球引力强1000倍的重力场。

在地球表面，热气体上升是因为重力使更密集、更冷的气体靠近行星的中心。

事实上，研究人员发现，球体外半部附近的炽热明亮气体也向外向球壁移动。强大的持续引力产生了类似于太阳表面附近看到的湍流。在球体的内半部分，声重力改变方向并向外指向，导致热气体下沉到中心。在实验中，声引力自然地将最热的等离子体保持在球体的中心，它也发生在恒星中。

以反映太阳和行星对流的方式控制和操纵等离子体的能力将有助于研究人员了解和预测太阳天气如何影响航天器和卫星通信系统。例如，去年一场太阳风暴摧毁了40颗SpaceX卫星。这种现象也给技术带来了问题。例如，在高超音速导弹周围形成湍流等离子体会干扰武器系统通信。

Putterman和他的同事们现在正在扩大实验规模，以便更好地复制他们正在研究的条件，以便他们可以更详细地观察这种现象，并延长时间。

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