Крошечное солнце в банке проливает свет на солнечные вспышки

Скибба Рама

Сет Путтерман начал изучать поведение плазмы по соображениям национальной безопасности. Чрезвычайно быстрые гиперзвуковые ракеты нагревают и ионизируют окружающий воздух и образуют облако заряженных частиц, называемое плазмой, которое поглощает радиоволны и затрудняет связь операторов на земле с ракетами — проблему, которую пытался решить Паттерман. Тогда ему пришло в голову: та же самая физика плазмы применима и к нашему Солнцу.

Ученый из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и его коллеги теперь создали то, что Путтерман называет «нашим солнцем в банке», 1,2-дюймовый стеклянный шар, наполненный плазмой, который они использовали для моделирования процессов, подобных тем, которые создают солнечные вспышки. Это взрывные всплески энергии, иногда сопровождающиеся выбросом высокоскоростного сгустка плазмы, который может нанести ущерб спутникам на орбите и электросетям на земле. «Шаги, которые мы предпринимаем, повлияют на моделирование, так что можно будет предупреждать и определять предвестники космической погоды», — говорит Путтерман, старший автор исследования в Physical Review Letters, описывая свои эксперименты.

По сути, Солнце представляет собой кружащийся ад плазмы, состоящий из вращающихся электрически заряженных частиц газа — в основном электронов и атомов водорода, лишенных своих электронов. (Звездная плазма немного отличается от плазмы низкой плотности, используемой в термоядерных реакторах токамака.) Исследователи уже давно пытаются лучше понять солнечные вспышки, особенно в случае, если к Земле будет запущен особенно большой кусок плазмы.

Эксперименты команды начались с помещения частично ионизированного сернистого газа в стеклянную колбу, а затем бомбардировки ее низкочастотными микроволнами — подобными тем, которые используются в микроволновой печи — для возбуждения газа и нагревания его примерно до 5000 градусов по Фаренгейту. Они обнаружили, что импульсы микроволн частотой 30 кГц создают звуковую волну, которая оказывает давление, заставляющее горячий газ сжиматься. Давление звуковой волны создает своего рода «акустическую гравитацию» и заставляет жидкость двигаться так, как если бы она находилась внутри сферического гравитационного поля Солнца. (Гравитационное поле эксперимента примерно в 1000 раз сильнее земного.) Это порождает конвекцию плазмы — процесс, при котором теплая жидкость поднимается, а более холодная и плотная жидкость опускается к ядру стеклянного шара. Таким образом, команда стала первыми людьми на Земле, создавшими нечто, напоминающее сферическую конвекцию, которая обычно наблюдается внутри звезды.

Их проект сначала финансировался DARPA, передовым исследовательским подразделением Пентагона, из-за его применения в гиперзвуковых транспортных средствах. Затем он заручился поддержкой Исследовательской лаборатории ВВС, поскольку космическая погода может мешать работе самолетов и космических кораблей. Но астрономы полагают, что оно также может рассказать нам кое-что фундаментальное о поведении Солнца. «Я думаю, что настоящее значение состоит в том, чтобы начать моделировать солнечную конвекцию в лаборатории и, таким образом, получить представление о загадочном солнечном цикле Солнца», — говорит Том Бергер, исполнительный директор Центра технологий, исследований и образования космической погоды при университете. из Колорадо в Боулдере, который не принимал участия в исследовании. Бергер имеет в виду примерно 11-летний цикл, в котором внутренняя конвекционная зона Солнца каким-то образом становится более активной, что приводит к тому, что внешний слой, или корона, генерирует более частые и интенсивные вспышки и взрывы плазмы, называемые корональными выбросами массы. По словам Бергера, трудно исследовать внутренние области Солнца, хотя НАСА пытается сделать это с помощью космического корабля под названием «Обсерватория солнечной динамики», который использует звуковые волны для картирования поверхности Солнца и делает выводы о плазме внизу.

Другие специалисты в этой области также хвалят исследования Путтермана и его коллег, но отмечают, что они имеют ограничения. «Это захватывающая и инновационная разработка. Она сделана с умом. Смоделировать внутреннюю динамику звезды в лаборатории всегда было непросто», — говорит Марк Миш, исследователь Центра прогнозирования космической погоды NOAA и Университета Колорадо.