«Солнечные нановспышки» из лаборатории помогают разгадать тайну солнечной короны

Фото из открытых источников

Используя мощные лазеры и крошечный фрагмент пластика, исследователи впервые смогли имитировать бурный процесс, который, вероятно, происходит на Солнце. Этот эксперимент может пролить свет на то, почему самый внешний слой солнечной атмосферы нагрет до столь удивительно высоких температур. Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

На протяжении десятилетий ученые пытались понять, почему внешние слои атмосферы Солнца — область, называемая короной, — разогреты до температур, в тысячи раз превышающих температуру поверхности светила, достигая миллионов градусов. «Это все равно что почувствовать, как воздух становится горячее по мере удаления от костра», — говорит Вэй Сунь из Китайского института атомной энергии.

Теперь Вэй Сунь и его коллеги смогли воссоздать в лабораторных условиях некоторые параметры, характерные для Солнца, и впервые пронаблюдать, как крошечные всплески электромагнитного излучения — так называемые «нановспышки» — могут быть источником загадочного нагрева солнечной короны.

Известно, что нановспышки возникают, когда магнитные поля внутри короны внезапно перестраиваются, высвобождая при этом энергию. По словам Вэя Суня, для такой перестройки необходимы строго определенные условия — например, специфическая конфигурация магнитных полей. Исследователи изучили, как могут возникать подобные условия, приводящие в конечном итоге к нановспышкам. Они направили четыре сверхмощных лазера на крошечную пластиковую мишень, в результате чего образовался сгусток плазмы — горячей смеси заряженных частиц — диаметром около 2 миллиметров. Хотя эта плазма не была точной копией той, что существует в солнечной короне, она демонстрировала схожее поведение.

Ученые провели эксперимент в двух вариантах: в первом случае использовалась плоская мишень, а во втором — мишень с волнистой поверхностью. Во втором варианте плазма становилась нестабильной, магнитные поля внутри нее перестраивались, что в итоге приводило к возникновению нановспышки.

Эта нановспышка существенно влияла на температуру плазмы: она достигала 799 726 °C — почти вдвое больше, чем в эксперименте с плоской мишенью, где нановспышки не возникали.

По мнению Вэя Суня, аналогичный процесс — возникновение нестабильности, ведущей к нановспышкам и последующему нагреву плазмы, — вполне может происходить и на Солнце. Фактически, параметры, определявшие поведение созданной ими крошечной плазмы, совпали с теми, что наблюдаются в областях Солнца, где сгустки более холодной плазмы «выпадают дождем» сквозь солнечную корону. Ученый и его коллеги также провели компьютерное моделирование, которое подтвердило эти результаты.

Рони Кеппенс из Лёвенского католического университета (KU Leuven, Бельгия) отмечает, что эти моделирования подтверждают интерпретацию эксперимента, предложенную исследовательской группой, и добавляют интересный пункт в список факторов, которые могут способствовать нагреву солнечной короны. По его словам, сгустки «коронального дождя» действительно могут приводить к тем видам неустойчивости, которые исследователи теперь зафиксировали в лабораторных условиях. Впрочем, по мнению Кеппенса, новый эксперимент не дает окончательного ответа на загадку нагрева короны, поскольку в этом процессе могут участвовать и другие виды поведения плазмы — например, определенные типы волн.

В дальнейшем Сунь и его коллеги планируют усовершенствовать свой эксперимент: создать более объемные (трехмерные) плазменные структуры и применить более точные методы диагностики их поведения. Как отмечает Сунь, они также хотят сделать лабораторные измерения более сопоставимыми с реальными условиями — например, используя данные о Солнце, полученные с помощью телескопов. «Важно убедиться, что в лабораторных условиях воспроизводятся именно те процессы, которые происходят на Солнце», — говорит он.