Похожие статьи
Моделируя солнечные вспышки размером с банан, ученые из Калифорнийского технологического института проанализировали процесс, в результате которого эти мощные взрывы выбрасывают в космос потенциально опасные энергичные частицы и рентгеновское излучение. Их исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy.
Корональные петли — это дуги плазмы, которые выходят из поверхности Солнца и располагаются вдоль линий магнитного поля. Линии магнитного поля служат путями для заряженных частиц и направляют движение электронов и ионов, составляющих плазму. Петли, которые могут простираться до 100 000 километров над поверхностью Солнца, могут существовать от нескольких минут до нескольких часов. Обычно петли растут и развиваются медленно, но иногда они могут внезапно выбросить в космос огромное количество энергии — в миллиарды раз более мощной, чем самый мощный ядерный взрыв на Земле. Такой внезапный выброс энергии называется солнечной вспышкой.
Часть энергии вспышки принимает форму заряженных частиц и «жесткого рентгеновского излучения» — высокоэнергетических электромагнитных волн, подобных тем, которые используются для создания изображений костей в кабинете врача. Собственное магнитное поле и атмосфера Земли действуют как щит, защищающий жизнь на поверхности от испепеления этими энергетическими потоками, но известно, что они нарушают связь и энергетические сети. Они также представляют постоянную угрозу для космических кораблей и астронавтов в космосе.
Хотя тот факт, что солнечные вспышки генерируют энергичные частицы и рентгеновское излучение, известен давно, ученые только начинают собирать воедино механизм, с помощью которого это происходит.
У исследователей есть два способа расшифровать, как и почему формируются и изменяются петли. Первый — наблюдать за Солнцем и надеяться, что им удастся зафиксировать это явление в достаточно мелких деталях, чтобы получить необходимую информацию. Второй — смоделировать петли в лаборатории. Пол Белан из Калифорнийского технологического института, профессор прикладной физики, выбрал второй вариант.
В лаборатории на первом этаже Лаборатории прикладной физики имени Томаса Дж. Уотсона-старшего в кампусе Калифорнийского технологического института Белан построил вакуумную камеру с двумя электродами внутри. Для имитации явления он зарядил конденсатор энергией, достаточной для питания города Пасадена в течение нескольких микросекунд, а затем разрядил его через электроды, создав миниатюрную солнечную корону.
Каждая петля длится около 10 микросекунд и имеет длину около 20 см и диаметр около 1 см. Но петли Беллана структурно идентичны настоящим, что позволяет ему и его коллегам моделировать и изучать их по своему усмотрению.
«Каждый эксперимент потребляет примерно столько же энергии, сколько требуется для работы 100-ваттной лампочки в течение одной минуты, а на зарядку конденсатора уходит всего несколько минут», — рассказывает Белан, ведущий автор научной статьи команды.
Ученый фиксирует каждый цикл с помощью камеры, способной снимать 10 миллионов кадров в секунду, а затем изучает полученные изображения.
Среди последних открытий — то, что солнечная корона не выглядит однородной структурой, а состоит из фрактально переплетенных нитей, похожих на большой канат.
Было показано, что эта структура важна для генерации энергичных частиц и рентгеновских всплесков, связанных с солнечными вспышками. Плазма является мощным проводником электричества — вспомните неоновые вывески, которые заполнены плазмой и загораются, когда через них проходит электрический ток. Однако, когда слишком большой ток пытается пройти через петлю солнечной короны, структура разрушается. В петле образуется трещина — штопорообразная неустойчивость — и отдельные нити начинают распадаться на части. Каждая новая сломанная нить затем снимает напряжение с оставшихся нитей.
«Подобно эластичной ленте, которая чрезмерно растягивается, петля удлиняется и истончается, пока волокна просто не лопнут», — поясняет Сет При, постдокторант в области прикладной физики и материаловедения и соавтор статьи.
Изучая процесс микросекунда за микросекундой, команда наблюдала отрицательное увеличение напряжения, связанное с рентгеновской вспышкой, как раз в момент разрыва нити. Это увеличение напряжения похоже на падение давления, которое происходит в месте сужения водопроводной трубы. Электрическое поле от этого скачка напряжения ускоряет заряженные частицы до экстремальной энергии, а затем испускаются рентгеновские лучи, поскольку энергичные частицы замедляются.
Исследователи также изучили изображения солнечных вспышек и смогли зафиксировать нестабильности в разрывах, аналогичные тем, которые возникают в лаборатории и связаны с последующим рентгеновским всплеском.
Эксклюзивный перевод
Фото: Калифорнийский технологический институт
О светлом будущем заботятся политики, о светлом прошлом – историки, о светлом настоящем – журналисты.
