根據美國國家科學基金會國家大氣研究中心（NSF NCAR）領導的最新研究，太陽和地球一樣，很可能也有極地漩渦。 然而，與地球的大氣漩渦不同，這些太陽漩渦的形成和演變是由磁場決定的。

這項研究發表在今天（11月11日）的《美國國家科學院院刊》（PNAS）上，對我們了解太陽的磁性行為及其太陽週期具有重要意義。 這種洞察力可以提高我們預測空間天氣事件的能力，這些事件有時會擾亂地球上的系統。 這些發現也提供了有關未來任務可能在太陽兩極觀測到什麼的線索，有助於確定這些任務的時間和目標。

領導這項新研究的美國國家科學基金會NCAR 高級科學家Mausumi Dikpati 說：”沒有人能確定太陽兩極正在發生什麼。但這項新研究讓我們看到，當我們首次能夠觀測太陽兩極時，我們可能會發現什麼，這很耐人尋味。

這項研究得到了美國國家科學基金會（NSF）和美國國家航空暨太空總署（NASA）的支持，利用了NSF NCAR的Cheyenne和Derecho系統的超級運算資源。

在模擬中，一個緊密的極地漩渦環在緯度55 度左右形成，相當於地球的北極圈。 漩渦形成後，以一個不斷收緊的環形向兩極移動，隨著環形的收攏，漩渦不斷脫落，最終只剩下一對漩渦與兩極直接相鄰，然後在太陽活動最大時完全消失。 隨著太陽週期強度的變化，形成渦旋的數量及其向兩極移動時的構造也會改變。 資料來源：UCAR

太陽上可能存在某種極地旋渦並不令人驚訝。 由於科氏力的作用，圍繞旋轉體的流體中會形成這種旋轉形態，在太陽系的大多數行星上都曾觀測到這種現象。 在地球上，南北兩極周圍的大氣層中都有高空旋渦。 當這些漩渦穩定時，它們會將冷空氣鎖定在兩極，但當它們減弱並變得不穩定時，它們就會讓冷空氣滲向赤道，導致中緯度地區冷空氣爆發。

美國國家航空暨太空總署（NASA）的”朱諾”（Juno）任務航天器傳回了木星上極地漩渦的驚人圖像，顯示在這顆氣體巨行星的北極周圍有八個緊密的漩渦，南極周圍有五個。 美國國家航空暨太空總署的卡西尼號太空船所看到的土星上的極地漩渦在北極呈六角形，在南極則呈現圓形。 這些差異為科學家提供了了解每顆行星大氣組成和動態的線索。

在火星、金星、天王星也觀測到了極渦、 海王星和土星的衛星土衛六，因此，從某些方面來說，太陽（也是一個被流體包圍的旋轉體）具有這些特徵可能是顯而易見的。 但是，太陽與擁有大氣層的行星和衛星也有本質區別：環繞太陽的等離子體”流體”具有磁性。

這種磁性會如何影響太陽極地渦旋的形成和演變–或者它們是否會形成–是一個謎，因為人類從未向太空派出過能夠觀測太陽極地的任務。 事實上，我們對太陽的觀測僅限於觀察太陽指向地球時的面貌，而對兩極可能發生的情況只能提供一些提示。

與太陽週期有關的渦旋環

由於我們從未觀測過太陽的兩極，科學團隊依靠電腦模型來填補太陽極地渦旋可能會是什麼樣子的空白。 他們發現，太陽很可能確實有一種獨特的極地渦旋模式，這種模式隨著太陽週期的展開而演變，並取決於任何特定週期的強度。

在模擬中，一個緊密的極地渦旋環形成於緯度55 度左右–相當於地球的北極圈–與此同時，一種被稱為”衝向極地”的現象開始出現。 在每個太陽週期的最大值，太陽兩極的磁場會消失，取而代之的是極性相反的磁場。 在磁場翻轉之前，極性相反的磁場開始從大約55 度的緯度向極地移動，這就是”衝向兩極”。

漩渦形成後，以一個不斷收緊的圓環向兩極移動，隨著圓環的閉合，漩渦不斷脫落，最終只剩下一對漩渦與兩極直接相鄰，然後在太陽活動最大時完全消失。 有多少漩渦形成以及它們向兩極移動時的構造會隨著太陽週期強度的變化而變化。

這些模擬為太陽磁場在兩極附近的表現提供了一塊缺失的拼圖，可能有助於回答有關太陽的太陽週期的一些基本問題。 例如，過去許多科學家用”衝向兩極”的磁場強度來代表即將到來的太陽週期可能有多強。 但是，這些因素之間的聯繫機制尚不清楚。

模擬還提供了可用於規劃未來太陽觀測任務的資訊。 也就是說，模擬結果表明，除了太陽極大期之外，在太陽週期的所有階段都可以觀測到某種形式的極渦。

林克公司負責太空業務的副總裁斯科特-麥金托什（Scott McIntosh）是這篇論文的共同作者之一。

太陽軌道器是美國國家航空暨太空總署和歐洲太空總署的合作任務，它可以讓研究人員第一次看到太陽兩極，但第一次觀測將接近太陽最大值。 作者指出，一項旨在觀測太陽兩極並為研究人員提供多個同步視角的任務可以幫助他們回答許多長期以來關於太陽磁場的問題。

麥金托什說：”我們現在的概念邊界是，我們只能從一個角度進行觀測。為了取得重大進展，我們必須進行必要的觀測，以檢驗我們的假設，並確認類似的模擬是否正確。”

編譯自/ ScitechDaily