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作者：文/虞子期
天體物理學中的磁場在宇宙中普遍存在的本質原因
在天體物理學這個領域中，磁場無疑是一種普遍存在、卻默默無聞的一個角色。不同於黑洞和碰撞星系這些自帶高關注度的宇宙存在體，若不是專業的研究人員，很少有人會去在意物體磁場的變化情況。事實上，只要是在宇宙中以正常形態存在的物質，本質上都是一種高能態的等離子體。
龐大但不平滑的銀河系磁場，與星際塵埃之間發生著相互作用
而往往都與等離子體同在的帶電粒子，又讓周圍的空間中產生了磁場，這也是為什麼磁場會在宇宙中普遍性存在的根本原因。相信很多人都知道，地球磁場的強度在不同區域存在著強弱之分。而位於地球表面的之上的磁場，則又會因為周圍環境因素而隨時發生變化。
與銀河系龐大卻微弱的磁場有所不同，我們地球所在的太陽系中，其心天體太陽的磁場則表現得更為複雜。雖然，在一般物體引發的事件中，磁場更多是扮演一種參與者的角色。但是，當該事件發生主體是太陽的時候，磁場便可以在日冕物質拋射這樣的過程中成為主角。
太陽磁場的分布和太陽活動密切相關
在我們對太陽磁場的一系列物理機制進行了解之前，首先要明確知道太陽磁場的位置之所在。事實上，太陽磁場不僅分布在太陽上（大多為雙極磁場），同時還涉及到行星際空間區域，而太陽磁場的強弱也不是均勻分布的：
1.位於太陽日冕外和恆星內部的磁場強度都很弱，基本磁場強度只有1高斯左右；
2.位於太陽日面寧靜區域中的磁場，也被稱為太陽普遍磁場，其強度也僅為1×10-4～3×10-4特斯拉左右；
3.在太陽的表面還存在被科學家們稱為磁元（始於光球的磁通量管）的區域，雖然其半徑可達數百千米，但磁場強度也僅為0.1～0.2特斯拉；
4.太陽磁場較強的部分主要都位於恆星的大氣層中，局部區域的磁場強度甚至可以高達3000高斯左右。
太陽磁場對太陽黑子、日珥、耀斑等太陽活動現象有直接支配權
之所以在所有星體磁場中，太陽磁場變化是繼地球磁場之後我們最關注的信息，主要是因為太陽本身構成物質中的絕大部分都是高溫等離子體。簡而言之，太陽磁場不僅與其物質形態有關，更密切影響著太陽在其生命周期中的運動演變。比如，太陽黑子、日冕物質拋射、太陽耀斑等。
太陽磁力線從折斷到重新連接的全過程
很早之前，科學家們就發現太陽的磁場線存在折斷、並再次重新對準的情況，並將這個過程稱為磁力線重新連接。而這個過程中，涉及到了磁能到動能、熱能以及粒子加速度之間的複雜轉換。雖然，早在十多年前，就有研究人員曾提出太陽磁力線之所以能夠重新連接，主要是得益於太陽的某種爆發活動。
因太陽噴發而產生的突出物，在與磁力線發生相互作用後發生了電磁爆炸。
而這樣的連接過程，不僅需要發生在電流受到等離子片阻礙較低的更大區域，還需要太陽噴發事件的觸發，才能使得磁場和等離子因為受到巨大力量的擠壓而再次連接起來。但是，在此之前，並沒有人曾觀測到太陽磁力線從折斷到重新連接的全過程。正是由於這樣的電磁爆炸不同於其他地方的表現，如此重要的一幕才終於被印度天文科學家們捕獲。
這場特殊的電磁爆炸始於太陽大氣層的電暈上，一大圈突出物質因為太陽表面的噴發事件而產生，當這些通過原迴路下降到地面的突出物和大量磁力線撞到一起之後，進一步導致了電磁爆發事件。這不僅解答太陽磁力線重新連接需要外部驅動的重要理論、證明了太陽磁場對太陽爆發活動的直接控制，更讓人類對太空天氣的變化、太陽的受控聚變，以及等離子體實驗的理解有了更深入而準確的認識。
太陽磁力線的重新連接揭示了怎樣的物理機制？
或許很多並不關注行星磁層的朋友並不了解，我們曾不止一次地觀測到地球和太陽周圍的磁力線重合現象，但這些過程的發生卻並沒有藉助其他外力的作用，它們的發生看上去總是那麼自然而然。而這一次科學家們觀測到的磁力線重新連接現象，則發生於太陽的一個特殊區域。
在之後的觀測過程中，科學家們還從太陽波長中檢測到，這些等離子體被加熱到了數百萬的攝氏度。而具體值大約在100到200萬攝氏度之間，並將日冕中磁力線重新連接的過程拍攝了下來。位於太陽日冕區域的溫度，為什麼比其低層大氣溫度高出數百萬倍？
太陽磁場中折斷磁力線，可能在自然條件下自動連接，也可能在外界作用下強制相連。
這個太陽天文學領域中的疑惑，一直困擾著歷代科學家們，並耗費了數十年的時間來尋找其熱量驅動的物理機制到底是什麼。研究人員想要解開這個疑惑，於是便對在紫外線波長下觀測到的等離子體進行連接前後的溫度值測量。
而數據對比結果也沒有讓我們失望，因為，太陽磁力線在折斷後重新連接的過程，的確導致了電暈原本涼爽的突起擁有了更高的溫度。雖然，即便磁力線未在外部作用的幹擾下自動連接，也可能會導致電暈的溫度身高。但從這項研究的情況來看：這種被迫發生連接的情況，可以讓等離子體溫度的升高幅度更大，且耗費的時間也相對更短。
從磁力線的再次連接到太陽的其他爆發事件
事實上，包括太陽的周期性耀斑活動和日冕物質拋射，都是其磁性活動的重要體現。因為，這些耀斑需要在磁力線扭曲之後才能從其表面升起，而將電粒子流射入太空的帶電粒子流日冕拋射物質又與耀斑密切相關。在太陽的大氣構成中，日冕便是其中溫度特別高的一部分，我們也只有在出現日全食現象的時候才能看到它。
雖然，這是科學家們首次觀察到磁力線在外部作用下於太陽大氣的上層中被重新連接，但這對其他系統中磁場和星球活動之間的關係理解也有促進作用。比如，我們生活的地球、行星磁層，以及除此之外的等離子體源。與此同時，科學家們將在之後的時間裡對太陽耀斑等爆發事件進行深入研究，以揭示這些太陽活動是否會也會導致磁力線被迫連接。
相信很多人都知道：太空天氣的最大驅動力之一，便始於太陽的這些噴發事件。尤其是對於我們這些在地球上生活的生命而言，了解太陽磁力線的被迫連接方式是特別重要的，它能夠幫助我們建立更有效的預測模型。因為，所有威力強大的太陽爆發事件，都有可能給地球設施造成嚴重破壞。簡而言之，這些研究不僅能讓我們對太陽有更多了解，更能找到有效措施給自己帶來更大的保護。