Дослідники з Каліфорнійського технологічного інституту побудували масштабну модель спалахів на Сонці і розібрали процес, в результаті якого ці потужні вибухи викидають в космос потенційно небезпечні потоки частинок і рентгенівське випромінювання.
Змодельована коронна петля в лабораторії Беллана. California Institute of Technology
Дослідники з Каліфорнійського технологічного інституту побудували масштабну модель сонячних спалахів.
Петлі сонячної корони — це потоки плазми, що виходять з поверхні Сонця вздовж ліній магнітного поля. Силові лінії діють як магістралі для заряджених частинок, направляючи рух електронів і іонів, з яких складається плазма. Ці вогняні петлі можуть виступати на 100 000 кілометрів над поверхнею Сонця. Вони можуть зберігатися від декількох хвилин до декількох годин. Зазвичай петлі ростуть і розвиваються повільно, але іноді вони можуть різко викинути в космос величезну кількість енергії — в мільярди разів сильніше, ніж найпотужніший ядерний вибух на Землі. Такий раптовий вибух енергії називається сонячним спалахом.
Спалахи складаються з потоку заряджених частинок і жорсткого рентгенівського випромінювання. Нас захищає від цих атак магнітне поле і атмосфера Землі. Частинки і жорстке випромінювання як правило не досягають поверхні планети. Але сонячні спалахи порушують роботу супутників зв’язку і енергосистем. Вони також представляють постійну загрозу для космічних кораблів і астронавтів в космосі.
Як формується спалах
Те, що сонячні спалахи генерують високоенергійні частинки і рентгенівські сплески, відомо давно, але вчені тільки починають збирати воєдино механізм, за допомогою якого спалахи виникають.
У дослідників є два способи з’ясувати, як і чому формуються і змінюються петлі в сонячній короні. Перший — спостерігати за Сонцем і фіксувати явище досить докладно, щоб отримати необхідну інформацію. Другий — змоделювати петлі в лабораторії. Пол Беллан, професор прикладної фізики Калтех, вибрав другий варіант.
Модель сонячного спалаху
Беллан побудував вакуумну камеру з двома електродами всередині. Для моделювання він зарядив досить потужний конденсатор, і розрядив його через електроди, створивши мініатюрну петлю сонячної корони.
Модельна петля живе близько 10 мікросекунд, має довжину близько 20 см і діаметр близько 1 см. Але структурно петлі Беллана ідентичні справжнім, що дає вченим можливість їх моделювати і вивчати.
Структурна схожість між реальною сонячною спалахом (вгорі) і тієї, що змодельована в лабораторії Беллана (внизу). California Institute of Technology
Беллан знімає кожну петлю за допомогою камери, здатної робити 10 мільйонів кадрів в секунду, а потім вивчає отримані зображення.
Виявилося, що петлі сонячної корони складаються з фрактально заплетених ниток, схожих на товстий канат.
Виявляється, ця структура важлива для генерації високоенергетичних частинок і рентгенівських сплесків. Плазма є провідником електрики. Однак, коли занадто великий струм намагається пройти через петлю сонячної корони, структура порушується. У петлі виникає перегин — штопороподібна нестабільність — і окремі нитки починають «ламатися». Кожна нова порвана нитка потім скидає напругу на ще залишені з’єднання.
Вивчаючи процес мікросекунда за мікросекундою, команда зазначила сплеск негативної напруги, пов’язаний з рентгенівським спалахом в той самий момент, коли нитка обривалася. Таким чином вчені отримали відповідь на питання: як виникає рентгенівський спалах. Але питань залишається ще багато.