太阳有一个强大的磁场，可以在恒星表面产生太阳黑子，并释放出太阳风暴，例如本月将地球大部分地区沐浴在美丽的极光中的太阳风暴。

但是，太阳内部究竟是如何产生的磁场是一个困扰天文学家几个世纪的谜题，可以追溯到意大利天文学家伽利略的时代，他在1600年代初首次观测到太阳黑子，并注意到它们如何随时间变化。

一项跨学科研究背后的研究人员在周三发表在《自然》杂志上的一份报告中提出了一种新理论。与之前假设太阳磁场起源于天体深处的研究相反，他们怀疑源头离地表更近。

该团队开发的模型可以帮助科学家更好地了解11年的太阳周期，并改善对空间天气的预测，这可能会破坏GPS和通信卫星，并使夜空观察者眼花缭乱。

“这项工作提出了一个关于太阳磁场如何产生的新假设，更好地匹配太阳观测，我们希望可以用来更好地预测太阳活动，”西北大学麦考密克工程学院工程科学和应用数学助理教授Daniel Lecoanet说。

“我们想预测下一个太阳周期是否会特别强劲，或者可能比正常情况更弱。以前的模型（假设太阳磁场是在太阳深处产生的）无法做出准确的预测或（确定）下一个太阳周期是强还是弱，“他说道。

太阳黑子帮助科学家追踪太阳的活动。它们是爆炸性耀斑和弹射事件的起源点，这些事件将光、太阳材料和能量释放到太空中。最近的太阳风暴是太阳接近太阳极大期的证据，这是其11年周期中太阳黑子数量最多的点。

“因为我们认为太阳黑子的数量与太阳内部磁场的强度有关，所以我们认为11年的太阳黑子周期反映了太阳内部磁场强度的周期，”Lecoanet说。

很难看到太阳的磁力线，这些磁力线穿过太阳大气层，形成一个复杂的磁性结构网，比地球的磁场复杂得多。为了更好地掌握太阳磁场的工作原理，科学家们转向数学模型。

在科学上，Lecoanet和他的同事开发的模型解释了一种称为扭转振荡的现象，太阳内部和周围的磁驱动气体和等离子体流动有助于太阳黑子的形成。

在某些地区，这种太阳特征的旋转会加速或减慢，而在另一些地区则保持稳定。与11年的太阳磁周期一样，扭转振荡也经历了11年的周期。

“太阳观测让我们对物质如何在太阳内部移动有了很好的了解。对于我们的超级计算计算，我们求解了方程式，以确定由于观察到的运动，太阳内部的磁场如何变化，“Lecoanet说，“以前没有人做过这种计算，因为没有人知道如何有效地执行计算”。

“我们的新假设为以前模型中缺少的扭转振荡提供了一个自然的解释，”Lecoanet说。

一个重要的突破是开发了用于运行计算的新数值算法。该论文的主要作者，英国爱丁堡大学教授Geoff Vasil大约在20年前提出了这个想法，但开发算法花了10多年时间，并且需要一台强大的NASA超级计算机来进行模拟。

“我们在这次调查中使用了大约1500万个CPU小时，”他说，“这意味着，如果我尝试在笔记本电脑上运行计算，我大约需要450年。”

威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin-Madison）天文学和物理学教授艾伦·茨威贝尔（Ellen Zweibel）在与这项研究同时发表的一篇评论中表示，初步结果很有趣，将有助于为未来的模型和研究提供信息。她没有参与这项研究。

Zweibel说，该团队在理论组合中添加了一种挑衅性的成分，这可能被证明是解开这个天体物理学之谜的关键。