Специалисты при помощи передовой лазерной системы впервые воспроизвели в лабораторных условиях процессы, обуславливающие нагрев солнечной короны. Проведенное исследование продемонстрировало, что внешняя атмосфера звезды достигает температур в миллионы градусов Цельсия благодаря микроскопическим вспышкам, которые возникают вследствие неустойчивости плазмы.

Видимая поверхность Солнца излучает тепло при температуре около 5800 кельвинов – относительно невысоком значении для космических масштабов. Тем не менее, в солнечной короне, внешней и разреженной оболочке звезды, электроны достигают температур в миллионы градусов. Долгое время астрономы сталкивались с трудностями в полном объяснении механизмов этого явления.

Согласно основной научной концепции, магнитные поля, присутствующие в короне, постоянно перекручиваются и растягиваются под воздействием движения плазмы, что приводит к накоплению значительного количества энергии. В какой-то момент противоположные силовые линии магнитного поля могут разрываться и вновь соединяться в процессе, известном как магнитное пересоединение, высвобождая при этом запасенную энергию. Каждая отдельная нановспышка крайне мала по размеру, однако их суммарный эффект способен вызывать мощные потоки плазмы и мгновенно повышать температуру окружающей среды.

Для практической проверки данной гипотезы группа физиков из Китайского института атомной энергии применила крупную лазерную установку. Shenguang-II. Исследователи сфокусировали интенсивные лазерные лучи на микроскопических пластиковых мишенях, имеющих специально созданную волнообразную структуру поверхности.

Благодаря этому стало возможным генерировать плазменный сгусток небольшого размера – всего несколько миллиметров в поперечнике – и воспроизводить процессы, характерные для солнечной короны, включая формирование «солнечного дождя», при котором потоки плотной, холодной плазмы опускаются сквозь тонкий слой газа. О результатах работы опубликовали в журнале Physical Review Letters.

В качестве сравнения ученые провели аналогичные эксперименты с использованием обычных, гладких мишеней. Анализ рентгеновского излучения и компьютерное моделирование выявили, что волнообразная геометрия мишеней эффективно сжимает магнитные поля, способствуя их стремительному пересоединению. Это привело к нагреву электронов в плазме до приблизительно 820 тысяч кельвинов – на величину, вдвое превышающую максимальную температуру, зафиксированную на плоских мишенях.

Таким образом, ученым впервые удалось получить непосредственные лабораторные подтверждения нагрева плазмы посредством магнитных микровспышек, возникающих вследствие неустойчивости среды. В перспективе физики намерены усложнить эксперименты, перейдя к трехмерным моделям плазмы и более детальным измерениям, что позволит определить частоту возникновения подобных микровыбросов в реальной солнечной атмосфере.