Лазерна плазма в лабораторії відтворила нагрів сонячної корони нановиспалахами
Фізики в Китаї відтворили в лабораторії процес, який може допомогти пояснити, чому зовнішня атмосфера Сонця в сотні разів гарячіша за його поверхню: магнітні поля в плазмі, створеній лазером, зійшлися, і магнітна енергія перетворилася на тепло.
Роботу групи, до якої увійшли Вей Сунь із Китайського інституту атомної енергії та Юнлі Пін із Пекінського педагогічного університету, опубліковано онлайн 20 жовтня в журналі Physical Review Letters.
Загадка гарячої корони
Видима поверхня Сонця має температуру близько 5500 °C, а зовнішня атмосфера — корона — може перевищувати мільйон градусів Цельсія. Науковці десятиліттями намагаються пояснити, як цей тонкий шар лишається таким гарячим. Одне з припущень — незліченні крихітні спалахи, нановиспалахи, які разом могли б постачати тепло. Новий експеримент перевіряє можливий механізм запуску деяких із них.
Сонце сповнене плазми — стану речовини із заряджених частинок, — пронизаної магнітними полями. Коли протилежно спрямовані поля зустрічаються й пересоєднуються, накопичена магнітна енергія вивільняється та нагріває частинки. Цей процес називають магнітним пересоєднанням.
Як проходив експеримент
На лазерній установці «Шеньгуан-II» у Шанхаї дослідники спрямували чотири лазерні промені, що перекривалися, на пластикову мішень із дрібними брижами на поверхні. Кожен імпульс тривав мільярдну частку секунди й перетворював речовину мішені на плазму. Поки плазма розширювалася в набагато менш густе середовище та сповільнювалася, брижі на її межі виросли в «пальці» та грибоподібні структури — це явище називають нестійкістю Релея — Тейлора.
Плазма створювала навколо цих «пальців» власні магнітні поля, причому сусідні структури несли поля протилежного напрямку. Комп’ютерне моделювання показало, що «пальці», які розширювалися, зводили ці поля разом, вони пересоєднувалися й нагрівали навколишню плазму.
Що показали вимірювання
Команда повторила дослід із пласкою пластиковою мішенню: потік вийшов гладкішим, без «пальців». За рентгенівським випромінюванням плазми дослідники оцінили температуру її електронів. Із рифленою мішенню пікова температура електронів сягнула приблизно 820 000 °C, з пласкою — була приблизно вдвічі нижчою. В окремому моделюванні, де утворення магнітних полів було заборонене, додатковий нагрів здебільшого зникав, що підтверджує роль полів.
На Сонці подібні умови можуть виникати там, де відносно холодна щільна плазма падає крізь навколишню атмосферу — це явище називають корональним дощем, — створюючи межі, на яких розвивається нестійкість.
Межі порівняння
Плазма в лабораторії була набагато щільнішою, ніж у сонячних нановиспалахах, а процес відбувався за значно коротший час. Крім того, установка не відтворювала накопичення магнітної енергії на Сонці в повному обсязі. Результати підтримують механізм, який міг би допомагати нагрівати корону; щоб з’ясувати, як часто він діє на Сонці та яку частку нагріву дає, потрібні нові спостереження й досліди. Більше — у розділі «Наука».