很多人都知道太陽是個大火球，也知道太陽能源來源是核聚變。然而太陽表面耀眼的火焰，其實與核聚變的關(guān)系并不是很大。現(xiàn)在的主流理論認為，太陽表面各種火焰狀結(jié)構(gòu)的形成機制，是磁重聯(lián)，并不是核聚變。
太陽就是一團懸浮在宇宙中的超大的火焰，我們稱這種電離氣體狀態(tài)為「等離子體態(tài)」。常見的等離子體見下圖：
其中，橫縱坐標分別是物質(zhì)密度和溫度，從圖中可以對這些物質(zhì)的參數(shù)有一個直觀的了解。（右下角是人類可以生存的參數(shù)環(huán)境）。從圖中可見，日冕跟火焰的密度相近，但是溫度要高4個數(shù)量級，達到數(shù)百萬度。
太陽結(jié)構(gòu)可以簡單分為太陽內(nèi)部和太陽大氣兩部分。這樣劃分是因為，太陽內(nèi)部是不透明的。 使用光學和射電手段觀測太陽的話，只能看到太陽大氣，看不到太陽內(nèi)部。所以從觀測上說，太陽內(nèi)部和太陽大氣是截然不同的。
太陽大氣從里到外，又被人們分為光球?qū)?、色球?qū)雍腿彰崛龑印?span>光球?qū)雍蜕驅(qū)邮呛鼙〉?，溫度也比較低。日冕的厚度則可以達到好幾個太陽半徑，溫度猛增至數(shù)百萬度。
光球?qū)?、色球?qū)雍腿彰幔浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示：
太陽大氣中可以產(chǎn)生極為復雜和劇烈的現(xiàn)象。如延伸數(shù)十萬公里，像拱門一樣的日珥；相當于數(shù)百億顆百萬噸極氫彈爆炸的耀斑；對地球影響最大的日冕物質(zhì)拋射等。更細致觀測的話，還可以看到大量的針狀物和微耀斑。
日面上的這些結(jié)構(gòu)會給人一種“火焰”的直觀印象。
火焰的能量產(chǎn)生機制，我們知道是氧化反應?？墒牵钪嬷袥]有氧氣，太陽大氣是靠什么機制，來維持太陽表面火焰狀結(jié)構(gòu)的能量呢？看到這個問題，大家的第一反應可能會覺得是核聚變。確實，太陽核心的核聚變，是太陽能夠維持幾十億年發(fā)光發(fā)熱的最終能量來源。但是，具體到恒星表面火焰狀結(jié)構(gòu)的形成機制，則不可能跟核聚變產(chǎn)生關(guān)系。
光球和色球溫度太低，根本不可能達到產(chǎn)生核聚變的溫度；日冕溫度雖高，但過于稀薄，甚至可以用無碰撞粒子模型來描述，更加不可能產(chǎn)生足夠的輕核匯聚。
在太陽上，核聚變只能發(fā)生在高溫高密度的太陽核心。
如下圖所示，光子從太陽核心，傳遞到太陽表面，需要經(jīng)過太陽內(nèi)部的對流區(qū)和輻射區(qū)。
傳遞時間長達上百萬年，無法直接影響太陽表面的活動。
光子之所以要花上百萬年的時間，才能走完從核心到表面那幾十萬千米的路程，是因為這趟旅程，對光子來說太艱難了！在輻射區(qū)，光子會被不斷的吸收和重新輻射；在對流區(qū)，光子會跟物質(zhì)反復碰撞，走出一條極其曲折的路徑。下圖是光子在對流區(qū)的無規(guī)行走：
如果不是核聚變的話，這些火焰狀結(jié)構(gòu)的本質(zhì)究竟是什么？
我們的主角，磁重（chong）聯(lián)出場了。
我們往往傾向于忽視磁場的能量，這是合理的，因為我們在地球上所感受到的磁場實在太低調(diào)了。每個人，每時每刻，都處在地球磁場中。可對普通人來說，地磁場除了使指南針偏轉(zhuǎn)、讓高緯度偶爾出現(xiàn)一次極光之外，也就沒有其他的影響了。原因呢，很簡單，除了地磁場本身的強度比較弱之外，更重要的是，地球上的物質(zhì)絕大部分都處于電中性狀態(tài)，無法被磁場影響。
下圖是地磁場，中間的小球是地球。
與地磁場的低調(diào)不同，太陽的磁場環(huán)境完全不一樣。
太陽表面的物質(zhì)處于高電導率等離子體狀態(tài)，受磁凍結(jié)效應的支配。
這里的“凍結(jié)”不是溫度低的意思，通俗的講，是說磁感線跟物質(zhì)凍結(jié)在一起，物質(zhì)如何運動，磁感線就如何運動。這是什么意思呢？為了讓大家對這個概念有一個直觀的印象，放一張圖。
這是太陽表面的磁拱。
從圖中可以清晰的看到，物質(zhì)沿著環(huán)狀磁力線排布，形成拱形的細絲狀結(jié)構(gòu)。
這些沿著磁力線的細絲狀物質(zhì)，被磁感線繃得緊緊的，其密度，要比周圍的背景密度大三至四倍。
由于太陽不同緯度的物質(zhì)自轉(zhuǎn)速度不同，且太陽內(nèi)部和外部大氣之間，總是有物質(zhì)對流，太陽表面的磁場，就會隨著物質(zhì)運動，不斷的扭曲、纏結(jié)；像彈簧一樣，不斷的存儲能量，最終形成磁繩等極度扭曲的磁結(jié)構(gòu)。
彈簧扭曲過度的話，會斷裂，猛地彈開把能量都釋放出來，磁場也是如此。
當在很狹窄的空間區(qū)域內(nèi)，出現(xiàn)方向相反的磁場時，磁場線碰到一起會發(fā)生湮滅，將原本扭曲的磁力線重新排布。在此過程中，大量的磁能釋放了出來。
這就是磁重聯(lián)。
按照現(xiàn)有的理論，磁重聯(lián)，是太陽表面所有高能現(xiàn)象的來源。
下面圖片顯示得比較輕觸，尤其注意磁力線糾纏的地方。
耀斑爆發(fā)：
日冕物質(zhì)拋射：
日珥：
地磁尾重聯(lián)：
====理工生福利：為什么會有磁凍結(jié)效應？====
0.首先是參數(shù)范圍。
磁凍結(jié)效應只發(fā)生在電導率極大的理想等離子體中。太陽大氣在大多數(shù)情況下，都可以滿足這種條件。但在地球上，這種條件很少出現(xiàn)！
1.根據(jù)安培定律，磁場的旋度，有電流與之對應：
2.根據(jù)運動方程，電場和磁場，共同影響帶電粒子的運動，因此電流與電場以及磁場有關(guān)：
3.通過這兩個方程，我們可以得到磁場演化的微分方程：
4.如果電導率無限大，磁場的擴散項（右邊第二項）被消掉，就只剩下凍結(jié)項（右邊第一項）了。如下所示：
這時電磁場中的電離流體（即磁流體）會表現(xiàn)出如下行為：
a.起初位于某根磁力線上的流體質(zhì)點，以后將一直位于該磁力線上；
b.通過與流體一起運動的任意曲面的磁通量守恒。
這就是磁凍結(jié)效應。
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