Външната атмосфера на Слънцето е стотици пъти по-гореща от видимата му повърхност, но откъде идва енергията, която стои зад тази разлика? Температурата на видимата повърхност на Слънцето е около 5500 градуса по Целзий, докато външната атмосфера, наречена корона, може да надхвърли невероятните 1 000 000°C. Учените от десетилетия се опитват да обяснят как този тънък слой остава толкова горещ.
В тази връзка изследователи от Китай демонстрираха в лаборатория процес, който би могъл да помогне за обяснението на част от тази топлина. Развиващите се структури в плазма, създадена с лазер, сближиха магнитните полета, което позволи на магнитната енергия да се превърне в топлина. В един експеримент максималната температура на електроните беше почти два пъти по-висока от измерената в сравнителен експеримент.
Екипът от Китайския институт по атомна енергия и Пекинския педагогически университет е искал да разбере как могат да възникнат малките енергийни излъчвания на Слънцето. Учените подозират, че безбройни миниатюрни изригвания, наречени „наноизригвания“ биха могли колективно да допринесат за поддържането на температурата на короната. Новият експеримент проучва възможен фактор, предизвикващ някои от тези събития. Слънцето е изпълнено с плазма – състояние на материята, съдържащо електрически заредени частици. Магнитни полета преминават през този материал.
Когато полета с противоположни посоки се срещнат и променят взаимовръзките си, натрупаната енергия може да се освободи, като нагрее частиците. Този процес се нарича магнитно пресъединяване.
За да изследват как тези полета биха могли да се срещнат, изследователите са изстреляли четири припокриващи се лазерни лъча към пластмасова мишена с фино набраздена повърхност в лазерния център „Шенгуан-II“ в Шанхай. Импулсите продължили една милиардна от секундата и превърнали материала от мишената в плазма. Докато плазмата се разширяваше в много по-рядкия въздух около нея и забавяше скоростта си, вълните по границата се превърнаха в „пръсти“ и структури с формата на гъби. Това явление е известно като нестабилност на Рейли-Тейлър. Плазмата също така е генерирала свои собствени магнитни полета около „пръстите“, като съседните структури носели полета в противоположни посоки. Компютърните симулации показаха как разширяващите се „пръсти“ сближават тези полета, което им позволява да се свържат отново и да нагреят околната плазма.
Малките плазмени струи, наблюдавани от мисията „IRIS“ на НАСА, дават представа за това как магнитното пресъединяване загрява външната атмосфера на Слънцето
За сравнение изследователите са повторили експеримента с плоска пластмасова мишена. Това е довело до по-равномерен поток на плазмата без структури, наподобяващи пръсти. Чрез анализ на рентгеновите лъчи, излъчвани от плазмата, учените са оценили температурата на нейните електрони – отрицателно заредените частици в нея. При набраздената мишена максималната температура на електроните е достигнала стойност, равна на около 820 000°C. Стойността, измерена при плоската мишена е била приблизително два пъти по-ниска.
Коронарен дъжд, наблюдаван от Слънчевата обсерватория за динамика (SDO) на НАСА през юли 2012 година
В отделна компютърна симулация, при която се предотврати образуването на магнитни полета, допълнителното загряване до голяма степен изчезна, което допълнително потвърждава тяхната роля. На Слънцето могат да възникнат подобни условия, при които относително хладна и плътна плазма пада през околната атмосфера. Това явление, наречено „коронарен дъжд“ може да създаде граници, където се развива нестабилността.
Експериментът дава възможност на учените да изследват процеси, които са твърде малки и бързи, за да бъдат наблюдавани ясно на Слънцето. Те могат да проверят кои условия събират магнитните полета и колко ефективно освободената енергия загрява плазмата. Лабораторната плазма беше много по-плътна, а процесът се развиваше в много по-кратък времеви мащаб, отколкото при слънчевите наноизблици. Изследователите сравниха ключови физични съотношения, за да оценят кои аспекти биха могли да важат за короната, но експерименталната постановка не възпроизведе пълното натрупване на магнитна енергия на Слънцето.
Резултатите подкрепят механизъм, който би могъл да допринесе за загряването на короната. Необходими са обаче по-нататъшни наблюдения и експерименти, за да се установи колко често той действа на Слънцето и каква част от загряването осигурява.