物理学家在实验室中成功地产生了微小的太阳耀斑：

我们的太阳经常爆发出如此巨大的热和愤怒的舌头，以至于我们自己的星球会比它们的大小小很多倍。为了更好地了解它们的工作原理，研究人员创造了一个可以放入您的午餐盒中的版本。

物理学家团队使用一种将强大的电脉冲转化为绳索状等离子环的装置，模拟了太阳耀斑研究流经太阳系的强大 X 射线和高能粒子。

“太阳观测检测到高能粒子和硬 X 射线，但无法揭示产生机制，因为粒子加速发生的尺度小于观测分辨率。因此，解释高能粒子和硬 X 射线产生的跨尺度物理学的细节仍然是个谜，”由加州理工学院物理学家 Yang Zhang 领导的团队写道。

这里，我们展示了模拟太阳日冕环物理的实验室实验的观察结果。”

太阳是一个高度动态的、翻滚的由核聚变驱动的等离子球，所以它搞出一些恶作剧也就不足为奇了。强大的喷发将光和粒子喷射到周围的空间中，可以影响很远距离的太阳系。

我们在地球上肯定会经历这些影响。磁层和大气保护我们免受高能硬 X 射线的伤害，但太阳喷射物会干扰卫星和航天器，包括导航和通信技术，并可能导致电网波动和中断。因此，科学家们自然而然地想更多地了解太阳最初是如何产生和喷射物质的。

但是我们只能从观察太阳本身中收集到这么多信息；我们可以使用当前技术进行的观察的规模是有限的。为了研究这些更小的细节，物理学家转向了下一个最好的方法：在实验室中复制太阳耀斑。

加州理工学院的物理学家 Paul Bellan 设计了一个实验专门用于生成称为冠状环的结构的内部设备。这些是从太阳光球层沿着伸入日冕的磁场线喷出的长而闭合的粘稠发光等离子体弧。这些通常与太阳活动增强有关，例如耀斑和日冕物质抛射。

实验 pl 的时间序列图像asma循环演化。 (Zhang et al., Nat. Astron., 2023)

该装置由真空室中的气体喷嘴、电磁铁和电极组成。

首先，打开电磁铁，产生磁场真空室内的场。然后，将气体注入电极区域。

然后通过电极施加毫秒级的强大放电；这使气体电离，将其转化为等离子体，然后形成受磁场约束的环路。

“每个实验消耗的能量大约相当于一个 100 瓦的灯泡点亮大约一分钟所需的能量，并且只需几分钟即可为电容器充电，”Bellan 解释说。

每个循环仅持续 10 微秒，而且非常小，长约 20 厘米（7.9 英寸），长约 1 厘米直径。但高速摄像机记录了循环产生和传播的每一刻，让研究团队能够分析其形成、结构和演变过程详细信息。

科学家们最近了解到，冕环不仅看起来像绳子，而且在结构上也像绳子。这项新工作让团队弄清楚了这种结构在产生太阳喷射物中的作用。

“如果你剖开一根绳子，你会发现它是由单股编织而成的，”张说。 “将这些单独的链拉开，你会发现它们是由更小的链组成的辫子，等等。等离子循环似乎以同样的方式工作。”

事实证明，这些链负责 X 射线爆发。因为等离子体是强导体，所以电流会流过回路；但时不时地，电流会超过回路的容量，就像软管中流过太多水一样。

当这种情况发生时，该团队的图像显示，回路中会出现类似开瓶器的不稳定性，并且个别链开始折断，这给剩余的链带来更大的压力。

太阳日冕环之间的比较（顶部) 和在实验室中（底部），两者都发生扭结不稳定性和折断，从而产生 X 射线。（Zhang 等人，Nat. Astron.，2023 年）

当一条链断裂时，会产生 X 射线的爆发-射线，伴随着负电压尖峰，类似于压力下降的方式n 有扭结的水管。这种电压降会加速等离子体中的带电粒子；当这些粒子减速时，会发出一阵 X 射线。

通过梳理太阳上的冕环图像，研究人员发现了一种与实验室观察到的不稳定性相似的现象，这种不稳定性也与 X 射线有关-射线爆发，这表明——尽管一个只有香蕉那么大，另一个可以轻松吞没我们的整个星球——这两种现象的产生方式相同。

未来对太阳的研究将有助于揭示这一过程更进一步，但它似乎与其他研究一致，这些研究发现捕捉和重新连接磁场线如何导致强大的能量爆发。该团队打算通过研究日冕环合并和重新配置的不同方式来跟进，以了解这种活动会产生什么样的爆发。

该研究已发表在《自然天文学》上。