Fizicienii au generat cu succes mici erupții solare în laborator

Soarele nostru produce în mod regulat erupții atât de mari încât planeta noastră ar fi un pitic în comparație cu dimensiunea multora. Pentru a înțelege mai bine cum funcționează acestea, cercetătorii au creat mici erupții solare în laborator.

Folosind un aparat care transformă exploziile puternice de electricitate în bucle de plasmă asemănătoare frânghiilor, o echipă de fizicieni a modelat erupții solare în laborator pentru a studia razele X puternice și particulele energetice care curg prin Sistemul Solar.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

„Observațiile solare detectează particule energetice și raze X dure, dar nu pot dezvălui mecanismul de generare, deoarece accelerația particulelor are loc la o scară mai mică decât rezoluția observației. Astfel, detaliile fizicii la scară transversală care explică generarea de particule energetice și de raze X dure rămân un mister”, scrie echipa condusă de fizicianul Yang Zhang, de la Caltech.

Studiul a fost publicat în Nature Astronomy.

De ce au creat cercetătorii erupții solare în laborator?

„Aici prezentăm observații dintr-un experiment de laborator care simulează fizica buclei coronare solare”, au mai scris cercetătorii.

Soarele este o minge de plasmă extrem de dinamică, agitată, alimentată de fuziune nucleară. Erupțiile puternice care ejectează lumină și particule în spațiul din jurul său pot afecta Sistemul Solar pe distanțe semnificative.

Cu siguranță experimentăm aceste efecte pe Pământ. Magnetosfera și atmosfera ne protejează de razele X dure de înaltă energie, dar ejecția solară poate interfera cu sateliții și navele spațiale, inclusiv cu tehnologia de navigație și de comunicații, și pot provoca fluctuații și întreruperi ale rețelelor electrice. Așa că oamenii de știință doresc să afle mai multe despre modul în care Soarele creează și ejectează material.

Dar nu putem înțelege totul doar uitându-ne la Soare; există o limită la scara observațiilor pe care le putem face folosind tehnologia actuală. Pentru a studia aceste detalii mai mici, fizicienii au apelat la realizarea de erupții solare în laborator.

Un aparat experimental care consumă cât un bec

Fizicianul Paul Bellan, de la Caltech, a proiectat un aparat experimental special pentru generarea de structuri cunoscute sub numele de bucle coronale. Acestea sunt arce lungi și închise de plasmă strălucitoare, care erup din fotosfera solară, de-a lungul liniilor de câmp magnetic care ies în coroana solară. Acestea sunt adesea asociate cu o activitate solară sporită, cum ar fi erupțiile și ejecțiile de masă coronală, scrie Science Alert.

Acest aparat constă din duze de gaz, electromagneți și electrozi într-o cameră cu vid.

Mai întâi sunt porniți electromagneții, generând un câmp magnetic în camera cu vid. Apoi este injectat gazul în zona electrozilor.

O descărcare electrică puternică la o scară de milisecunde este apoi aplicată prin intermediul electrozilor; aceasta ionizează gazul, transformându-l în plasmă, care apoi formează o buclă constrânsă de câmpul magnetic.

„Fiecare experiment consumă aproximativ atâta energie cât este nevoie pentru a ține aprins un bec de 100 de wați timp de aproximativ un minut și durează doar câteva minute pentru a încărca condensatorul”, explică Bellan.

Fiecare buclă durează doar 10 microsecunde și este foarte mică, de aproximativ 20 de centimetri în lungime și 1 cm în diametru. Dar camerele de mare viteză înregistrează fiecare moment al generării și propagării buclei, permițându-i echipei de cercetare să analizeze în detaliu formarea, structura și evoluția acesteia.

Cercetătorii au observat cum se formează erupțiile solare

Oamenii de știință au aflat recent că buclele coronale nu arată doar ca o frânghie, ci sunt și structurate ca una. Noua lucrare i-a permis echipei să-și dea seama ce rol are această structură în producerea ejecției solare.

„Dacă tăiați o bucată de frânghie, puteți vedea că este alcătuită din împletituri din fire individuale. Despărțiți acele șuvițe individuale și veți vedea că sunt împletituri de șuvițe și mai mici și așa mai departe. Buclele de plasmă par să funcționeze în același mod”, spune Zhang.

Și se dovedește că aceste „fire” sunt responsabile pentru exploziile de raze X. Deoarece plasma este un conductor puternic, curentul trece prin bucle; dar din când în când, curentul depășește capacitatea unei bucle, ca atunci când prea multă apă curge printr-un furtun.

Când se întâmplă acest lucru, arată imaginile echipei, o instabilitate asemănătoare unui tirbușon se dezvoltă în buclă, iar firele individuale încep să se rupă, ceea ce pune și mai multă presiune asupra șuvițelor rămase.

Când se rupe un fir, acest lucru produce o explozie de raze X, însoțită de un vârf de tensiune negativ, similar modului în care scade presiunea dintr-un furtun de apă cu o îndoitură. Această cădere de tensiune accelerează particulele încărcate din plasmă; când aceste particule încetinesc, este emisă o explozie de raze X.

Fenomenul va fi studiat în continuare

Observând imaginile buclelor coronale ale Soarelui, cercetătorii au identificat o instabilitate similară cu cele observate în laborator, care a fost, de asemenea, asociată cu o explozie de raze X, sugerând că, chiar dacă una era de mărimea unei banane, iar cealaltă ne-ar putea înghiți cu ușurință întreaga planetă, cele două fenomene au fost produse în același mod.

Studiile viitoare despre Soare vor ajuta la descifrarea acestui proces în continuare, dar pare în concordanță cu alte studii care au descoperit cum ruperea și reconectarea liniilor de câmp magnetic duc la explozii puternice de energie. Echipa intenționează să continue studiind diferitele moduri în care buclele coronale pot fuziona și se pot reconfigura pentru a vedea ce tipuri de izbucniri produce această activitate.

Vă recomandăm să citiți și:

O planetă „ghiulea”, de mărimea lui Jupiter și mai densă decât plumbul, a fost descoperită

Semnele de viață extraterestră ar putea fi ascunse în praful spațial

O explozie radio rapidă a fost observată după un eveniment cu unde gravitaționale

Oamenii de știință au descoperit cantități uriașe de apă pe Lună