我们都知道
太阳系里有太阳（废话）
及包括地球在内的八大行星
以及个别
比如著名的“中国科大星”
然而
除了太阳和行星
这些相对大质量的天体之外
这广袤的行星际
也并不是真空
而是充满了
稀薄等离子体和磁场
行星际磁场
行星际的磁场
从大尺度来看
是田螺形状的
这种田螺形状的大尺度磁场
又被称作是“帕克螺旋”（Parker Spiral）
早在1958年
帕克老先生提出
行星际磁场是螺旋结构的
这种螺旋结构因而得名帕克螺旋
要知道
十九世纪七十年代之后
才出现“个人电脑”这个概念
所以在那个年代
没有高性能的计算模拟
没有各种科学软件对数据的可视化
全靠扎实的数理技术
能有这种发现
真是的一件很了不起的事情
为什么行星际磁场是螺线结构
这要从等离子体和磁场的关系讲起
引入一个概念
“磁冻结”
这个概念描述的是
在无耗散，或者说耗散很小的磁化等离子体中
磁场就像固结在等离子体里一样
可以随着等离子体运动
也可以牵动等离子体运动
注：
接下来一小段是磁冻结的一个简短的理论解释，公式恐惧症可以跳过不看，不影响后续内容
理想导电（电阻率为0）的等离子体中的磁通量可以被以下公式描述：
考虑磁感应方程：
和斯托克斯定理：
可以得到
上述最的后这个公式描述的是
随等离子体运动的一个面元上的磁通量是不变的
物理图像如下图所示
一个非常贴切的描述是
就像头发（磁力线）上粘上了泡泡糖（等离子体）
这样的情况下
如果磁场发生拓扑结构的剧烈变化
（比如说撕扯头发）
这个时候等离子的运动状态会发生变化
（泡泡糖会移动形变）
如果等离子体受到外力而有运动趋势
（对应企图摘下泡泡糖）
磁力线会随之移动
（头发会被拽走）
【真让人头秃】
有了这个概念
就会很好理解
为什么行星际磁场是田螺形状的
↓
因为太阳风是这么吹的！
这个所谓“太阳风”
不是像地面上一样的中性气体
太阳风是高速离子流
这些离子流在行星际参与构成了等离子体
所以可以这样理解
↓
地面上的风的载体是空气
行星际的太阳风，载体是等离子体
太阳站在太阳系的中心
源源不断的向四面八方吹出太阳风
与此同时
太阳还在自转
就是一边自转一边吹太阳风
所以吹出来的太阳风
具有一个径向的速度
和一个垂直于径向的自转方向的风速
如下图
综合起来
就是螺旋形的风
当然
太阳风快的时候
螺旋线会显得舒展一些
太阳风慢的时候
螺旋线会显得收卷一些
笔者用实际的太阳风参数模拟生成了一些轨迹
可以感受一下太阳风速度和行星际磁场形状的关系
以上就是对行星际磁场、磁冻结和太阳风的一个简要的介绍了~
如果有兴趣继续深入了解，可以参阅维基百科以下词条：
【Alfven theorem】
【Parker spiral】
【Interplanetary Magnetic Field】
（责任编辑：郭晋）
（转载自：石头科普工作室）
