Создана модель вспышек на Солнце. Теперь их можно подробно рассмотреть

Исследователи из Калифорнийского технологического института построили масштабную модель вспышек на Солнце и разобрали процесс, в результате которого эти мощные взрывы выбрасывают в космос потенциально опасные потоки частиц и рентгеновское излучение.

Модельная вспышка имеет примерно размер банана, а реальные вспышки на Солнце — более 100 тысяч километров. Но принцип ученые поняли

Исследователи из Калифорнийского технологического института построили масштабную модель солнечных вспышек. 

Вспышки на Солнце

Петли солнечной короны — это потоки плазмы, выходящие из поверхности Солнца вдоль линий магнитного поля. Силовые линии действуют как магистрали для заряженных частиц, направляя движение электронов и ионов, из которых состоит плазма. Эти огненные петли могут выступать на 100 000 километров над поверхностью Солнца. Они могут сохраняться от нескольких минут до нескольких часов. Обычно петли растут и развиваются медленно, но иногда они могут резко выбросить в космос огромное количество энергии — в миллиарды раз сильнее, чем самый мощный ядерный взрыв на Земле. Такой внезапный взрыв энергии называется солнечной вспышкой.

Вспышки состоят из потока заряженных частиц и жесткого рентгеновского излучения. Нас защищает от этих атак магнитное поле и атмосфера Земли. Частицы и жесткое излучение как правило не достигают поверхности планеты. Но солнечные вспышки нарушают работу спутников связи и энергосистем. Они также представляют постоянную угрозу для космических кораблей и астронавтов в космосе.

Как формируется вспышка

То, что солнечные вспышки генерируют высокоэнергичные частицы и рентгеновские всплески, известно давно, но ученые только начинают собирать воедино механизм, с помощью которого вспышки возникают.

У исследователей есть два способа выяснить, как и почему формируются и изменяются петли в солнечной короне. Первый — наблюдать за Солнцем и фиксировать явление достаточно подробно, чтобы получить необходимую информацию. Второй — смоделировать петли в лаборатории. Пол Беллан, профессор прикладной физики Калтеха, выбрал второй вариант.

Модель солнечной вспышки

Беллан построил вакуумную камеру с двумя электродами внутри. Для моделирования он зарядил достаточно мощный конденсатор, и разрядил его через электроды, создав миниатюрную петлю солнечной короны.

Модельная петля живет около 10 микросекунд, имеет длину около 20 см и диаметр около 1 см. Но структурно петли Беллана идентичны настоящим, что дает ученым возможность их моделировать и изучать.

Структурное сходство между реальной солнечной вспышкой (вверху) и той, что смоделирована в лаборатории Беллана (внизу).
California Institute of Technology

Беллан снимает каждую петлю с помощью камеры, способной делать 10 миллионов кадров в секунду, а затем изучает полученные изображения.

Оказалось, что петли солнечной короны состоят из фрактально заплетенных нитей, похожих на толстый канат. «Если вы расплетете кусок каната, то увидите, что он состоит из отдельных прядей», — говорит Ян Чжан, ведущий автор работы. — «Потяните эти пряди в стороны, и вы увидите, что они состоят из еще более мелких нитей, и так далее. Похоже, что плазменные петли работают таким же образом».

Оказывается, эта структура важна для генерации высокоэнергичных частиц и рентгеновских всплесков. Плазма является проводником электричества. Однако, когда слишком большой ток пытается пройти через петлю солнечной короны, структура нарушается. В петле возникает перегиб — штопорообразная нестабильность — и отдельные нити начинают «ломаться». Каждая новая порванная нить затем сбрасывает напряжение на еще оставшиеся соединения.

Изучая процесс микросекунда за микросекундой, команда отметила всплеск отрицательного напряжения, связанный с рентгеновской вспышкой в тот самый момент, когда нить обрывалась. Таким образом ученые получили ответ на вопрос: как возникает рентгеновская вспышка. Но вопросов остается еще много.