很多人都知道太陽是個(gè)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(shí)與核聚變的關(guān)系并不是很大。現(xiàn)在的主流理論認(rèn)為,，太陽表面各種火焰狀結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制,，是磁重聯(lián),，并不是核聚變。

太陽就是一團(tuán)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(biāo)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(gè)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(gè)數(shù)量級,，達(dá)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?yàn)?，太陽?nèi)部是不透明的。 使用光學(xué)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(dá)到好幾個(gè)太陽半徑,，溫度猛增至數(shù)百萬度,。

光球?qū)印⑸驅(qū)雍腿彰?，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

太陽大氣中可以產(chǎn)生極為復(fù)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(dāng)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(xì)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(huì)給人一種“火焰”的直觀印象,。

火焰的能量產(chǎn)生機(jī)制,，我們知道是氧化反應(yīng),。可是,，宇宙中沒有氧氣,，太陽大氣是靠什么機(jī)制，來維持太陽表面火焰狀結(jié)構(gòu)的能量呢,？看到這個(gè)問題,，大家的第一反應(yīng)可能會(huì)覺得是核聚變。確實(shí),，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(jī)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(dá)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(shí)間長達(dá)上百萬年,，無法直接影響太陽表面的活動(dòng)。

光子之所以要花上百萬年的時(shí)間,，才能走完從核心到表面那幾十萬千米的路程，是因?yàn)檫@趟旅程,，對光子來說太艱難了,！在輻射區(qū)，光子會(huì)被不斷的吸收和重新輻射,；在對流區(qū),，光子會(huì)跟物質(zhì)反復(fù)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?yàn)槲覀冊诘厍蛏纤惺艿降拇艌鰧?shí)在太低調(diào)了,。每個(gè)人，每時(shí)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(qiáng)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(dǎo)率等離子體狀態(tài)，受磁凍結(jié)效應(yīng)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(yùn)動(dòng),，磁感線就如何運(yùn)動(dòng)。這是什么意思呢,？為了讓大家對這個(gè)概念有一個(gè)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(xì)絲狀結(jié)構(gòu),。

這些沿著磁力線的細(xì)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(huì)隨著物質(zhì)運(yùn)動(dòng),，不斷的扭曲,、纏結(jié)；像彈簧一樣,，不斷的存儲(chǔ)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(huì)斷裂,，猛地彈開把能量都釋放出來，磁場也是如此,。

當(dāng)在很狹窄的空間區(qū)域內(nèi),，出現(xiàn)方向相反的磁場時(shí)，磁場線碰到一起會(huì)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(huì)有磁凍結(jié)效應(yīng),？====

0.首先是參數(shù)范圍。

磁凍結(jié)效應(yīng)只發(fā)生在電導(dǎo)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(yīng)：

2.根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程,，電場和磁場，共同影響帶電粒子的運(yùn)動(dòng),，因此電流與電場以及磁場有關(guān)：

3.通過這兩個(gè)方程，我們可以得到磁場演化的微分方程：

4.如果電導(dǎo)率無限大,，磁場的擴(kuò)散項(xiàng)（右邊第二項(xiàng)）被消掉，就只剩下凍結(jié)項(xiàng)（右邊第一項(xiàng)）了,。如下所示：

這時(shí)電磁場中的電離流體（即磁流體）會(huì)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(diǎn)，以后將一直位于該磁力線上,；

b.通過與流體一起運(yùn)動(dòng)的任意曲面的磁通量守恒,。

這就是磁凍結(jié)效應(yīng)。