Ученые воссоздали солнечную вспышку в лаборатории. Плазменная петля имела диаметр 20 см.
С конца 2019 года, когда Солнце прошло минимум своей активности, мы можем наблюдать все больше и больше вспышек, солнечных пятен и корональных выбросов массы. Количество таких явлений будет возрастать как минимум до конца 2024 или начала 2025 года, когда Солнце достигнет своего пика активности, связанного с постоянным 11-летним циклом активности, после чего начнет медленно успокаиваться. Вспышки на Солнце, хотя иногда они могут негативно влиять как на окружение Земли, так и — более ощутимо — на работу спутников на орбите или на энергосистему на поверхности нашей планеты — представляют собой прекрасную возможность для гелиофизиков изучить процессы, ответственные за переменную активность как в интерьере и как на поверхности, так и в атмосфере солнца.
Мы эволюционно привыкли видеть Солнце на небе. Если кто-то не физик, астроном или гелиофизик, то, скорее всего, он обращает внимание на солнце только тогда, когда идет на пляж летом, и тогда речь обычно идет не о самом солнце, а о том, закрыто ли оно облаками. Однако это не меняет того факта, что Солнце — завораживающий космический объект. Во-первых, это единственная звезда, которую мы можем «видеть» (смотреть на Солнце неразумно, так как это может привести к необратимому повреждению глаз) как диск, а не как единую светящуюся точку. Несмотря на свои относительно небольшие размеры на небе (угловой диаметр около 0,5 градуса), это гигантский объект, который нельзя сравнить даже с самой большой планетой. Диаметр Солнца на экваторе около 1 3 млн км. Здесь достаточно вспомнить, что на диаметре Солнца может быть выстроено более сотни планет, подобных Земле.
Все это означает, что все структуры, появляющиеся на поверхности Солнца, во много раз превышают размеры Земли. Это относится и к корональным петлям, состоящим из горячей плазмы. Именно к ним ученые решили присмотреться чуть пристальнее, так как они являются источником солнечных вспышек, а значит, и излучения сильного жесткого рентгеновского излучения.
В то время как сами петли, представляющие собой замкнутые линии плазмы, испускаемой из фотосферы Солнца вдоль силовых линий магнитного поля, идущих от поверхности звезды, мы можем наблюдать благодаря их размерам, их источник неуловим для современной техники из-за того, что механизмы, ответственные за их образование, просто слишком малы, и разрешение современных наблюдательных инструментов не в состоянии их увидеть. Поэтому, поскольку мы не можем внимательно присмотреться к солнечным вспышкам, испускаемым корональной петлей на Солнце, мы должны создать их эквивалент на Земле.
Солнечная вспышка воссоздана в лаборатории
Ученые Калифорнийского технологического института решили создать небольшое устройство, позволяющее воссоздать микроскопическую версию коронарной петли. Принцип работы устройства относительно прост. Включение электромагнитов создает магнитное поле в вакуумной камере. В камеру, в которой расположены электроды, вводят газ. В этот момент происходит электрический разряд длительностью несколько миллисекунд, который ионизирует газ, который принимает форму плазмы, которая, в свою очередь, образует петлю вдоль силовых линий магнитного поля. Эта петля диаметром около 20 см и толщиной сантиметр длится всего 10 микросекунд. К счастью, за всем процессом в высоком разрешении наблюдают специальные камеры, благодаря которым после окончания эксперимента можно проанализировать формирование и эволюцию петли.
Результаты эксперимента позволили исследователям определить, что венечные петли по структуре напоминают веревку, которая сплетена из большого количества тонких волокон, которые при увеличении также состоят из еще более тонких волокон. Это, как ни парадоксально, может помочь объяснить механизм солнечных вспышек.
Как происходит солнечная вспышка?
Плазма сама по себе является сильным проводником, поэтому сильные заряды проходят по корональным петлям. Однако при слишком высоком заряде в петле появляются неоднородности и обрываются отдельные волокна. На этом этапе меньшему количеству волокон приходится иметь дело с большой нагрузкой, и риск разрыва большего количества волокон увеличивается. При каждом разрыве плазменной нити испускаются рентгеновские лучи и возникает всплеск отрицательного напряжения, который только ускоряет высокоэнергетические частицы в плазме. Когда они начинают замедляться, испускаются рентгеновские лучи.
И в Солнце, и в вышеописанном устройстве наблюдаются точно такие же эффекты, что может свидетельствовать о том, что за оба отвечает один и тот же процесс.
