Лазерная плазма в лаборатории воспроизвела нагрев короны Солнца
Физики в Китае воспроизвели в лаборатории процесс, который может помочь объяснить, почему внешняя атмосфера Солнца в сотни раз горячее его поверхности: магнитные поля в созданной лазером плазме сошлись, и магнитная энергия превратилась в тепло.
Работа группы, в которую вошли Вэй Сунь из Китайского института атомной энергии и Юнли Пин из Пекинского педагогического университета, опубликована онлайн 20 октября в журнале Physical Review Letters.
Загадка горячей короны
Видимая поверхность Солнца имеет температуру около 5500 °C, а внешняя атмосфера — корона — может превышать миллион градусов Цельсия. Учёные десятилетиями пытаются объяснить, как этот тонкий слой остаётся таким горячим. Одно из предположений — бесчисленные крошечные вспышки, нановспышки, которые вместе могли бы поставлять тепло. Новый эксперимент проверяет возможный запуск некоторых из них.
Солнце заполнено плазмой — состоянием вещества из заряженных частиц, — пронизанной магнитными полями. Когда противоположно направленные поля встречаются и пересоединяются, накопленная магнитная энергия высвобождается и нагревает частицы. Этот процесс называют магнитным пересоединением.
Как проходил эксперимент
На лазерной установке «Шэньгуан-II» в Шанхае исследователи направили четыре перекрывающихся лазерных луча на пластиковую мишень с мелкой рябью на поверхности. Каждый импульс длился миллиардную долю секунды и превращал вещество мишени в плазму. Пока плазма расширялась в гораздо менее плотную среду и замедлялась, рябь на её границе вырастала в «пальцы» и грибообразные структуры — это явление называют неустойчивостью Рэлея — Тейлора.
Плазма создавала вокруг этих «пальцев» собственные магнитные поля, причём соседние структуры несли поля противоположного направления. Компьютерное моделирование показало, что расширяющиеся «пальцы» сводили эти поля вместе, они пересоединялись и нагревали окружающую плазму.
Что показали измерения
Команда повторила опыт с плоской пластиковой мишенью: поток получился более гладким, без «пальцев». По рентгеновскому излучению плазмы исследователи оценили температуру её электронов. С рифлёной мишенью пиковая температура электронов достигла примерно 820 000 °C, с плоской — была примерно вдвое ниже. В отдельном моделировании, где образование магнитных полей было запрещено, дополнительный нагрев в основном исчезал, что подтверждает роль полей.
На Солнце сходные условия могут возникать там, где относительно холодная плотная плазма падает сквозь окружающую атмосферу — это явление называют корональным дождём, — создавая границы, на которых развивается неустойчивость.
Границы сравнения
Плазма в лаборатории была намного плотнее, чем в солнечных нановспышках, а процесс шёл за гораздо более короткое время. Кроме того, установка не воспроизводила накопление магнитной энергии на Солнце в полном виде. Результаты поддерживают механизм, который мог бы помогать нагревать корону; чтобы выяснить, как часто он работает на Солнце и какую долю нагрева даёт, нужны новые наблюдения и опыты. Больше — в разделе «Наука».