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400年来，人们追踪太阳黑子，即太阳表面上一次出现几个黑暗斑块。他们观察到但无法解释为什么斑点数每11年达到峰值。
华盛顿大学本月在“ 等离子体物理学 ”杂志上发表的一项研究提出了一种等离子体运动模型，该模型可以解释11年的太阳黑子周期以及其他几种以前神秘的太阳特性。
“我们的模型与太阳的正常画面完全不同，”第一作者，航空航天与航天学教授Thomas Jarboe说。“我真的认为我们是第一批告诉你太阳磁现象的本质和来源的人 - 太阳是如何运作的。”
作者基于他们以前的聚变能研究工作创建了一个模型。该模型显示，太阳表面下方的薄层是我们从地球上看到的许多特征的关键，如太阳黑子，磁反转和太阳流，并通过与太阳观测的比较来支持。
“ 观测数据是确认我们关于太阳如何运作的图片的关键，”Jarboe说。
在新模型中，一层薄薄的磁通量和等离子体，或自由浮动的电子，以不同的速度在太阳的不同部分上移动。流动之间的速度差异产生了磁性的扭曲，称为磁螺旋度，类似于一些聚变反应堆概念中发生的情况。
“每隔11年，太阳就会长出这层，直到它太大而不能稳定，然后就会脱落，”Jarboe说。它的离开暴露了在相反方向上移动的下层等离子体，其具有翻转的磁场。
当两个半球的电路以相同的速度移动时，会出现更多的太阳黑子。当电路速度不同时，太阳黑子活动就会减少。Jarboe说，这种不匹配可能发生在几十年来被称为“Maunder Minimum”的小太阳黑子活动中。
“如果两个半球以不同的速度旋转，那么赤道附近的太阳黑子将不会匹配，整个事物将会死亡，”Jarboe说。
“科学家们认为太阳黑子在太阳深度的30%处产生了太阳黑子，然后在一条扭曲的等离子体中出现，”Jarboe说。相反，他的模型显示，太阳黑子处于“超颗粒”中，形成于薄的地下等离子体层中，研究计算厚度约为100至300英里(150至450公里)，或太阳的430,000的一小部分 - 半径。
“太阳黑子是一件了不起的事情。那里什么都没有，然后突然之间，你会立刻看到它，”Jarboe说。
该小组之前的研究主要集中在聚变动力反应堆，它使用与太阳内部类似的非常高的温度来将氢核与其电子分离。在太阳和聚变反应堆中，两个氢原子的核融合在一起，释放出大量的能量。
Jarboe专注于反应堆的类型，包括球体内的电子等离子体，使其自组织成某些模式。当Jarboe开始考虑太阳时，他看到了相似之处，并为天体中可能发生的事情创造了一个模型。
“100年来人们一直在研究这个，”Jarboe说。“我们看到的许多功能都低于模型的分辨率，因此我们只能在计算中找到它们。”
他说，该理论解释的其他特性包括太阳内部的流动，导致太阳黑子的扭转作用以及太阳的总磁结构。Jarboe说，这篇论文可能引发激烈的讨论。
“我希望科学家能够以全新的眼光看待他们的数据，而那些一生都在努力收集数据的研究人员将会有一种新的工具来理解它的含义，”他说。