Исследователи из Калифорнийского технического института построили в лаборатории модель плазменной петли, формирующейся на поверхности Солнца. Исследование показало, как формируются мощные взрывы, которые выбрасывают в космическое пространство ускоренные заряженные частицы и рентгеновское излучение.
Для проведения анализа физики построили вакуумную камеру с двойными электродами внутри. Они зарядили конденсатор, а затем пропустили энергию через электроды, чтобы создать миниатюрную петлю солнечной короны. Весь процесс фиксировался на камеру, которая делает 10 млн снимков в секунду. Каждый цикл длился около 10 мкс и приводил к формированию петли длиной 20 см и диаметром около 1 см. Хотя она гораздо меньше солнечной, структура идентична реальной.
Сходство между реальной (сверху) и лабораторной (снизу) солнечными вспышками. Изображение: Bellan Lab, Caltech
Исследование показало, что петли солнечной короны представляют собой не единую структуру, а скорее фрактально сплетенные нити, похожие на большую веревку. «Если вы разрежете кусок веревки, вы увидите, что он состоит из переплетений отдельных нитей. Разъедините эти отдельные нити, и вы увидите, что они представляют собой косы из еще более мелких нитей и так далее. Плазменные петли работают точно так же», — говорит Ян Чжан, соавтор исследования.
Ученые установили, что такая структура важна для генерации высоко энергичных частиц и рентгеновского излучения во время вспышки на Солнце. Плазма — сильный электрический проводник. Но, когда слишком большой ток пытается пройти через петлю солнечной короны, структура подвергается изменению. В петле образуется изгиб — нестабильность в виде штопора, в результате отдельные нити начинают рваться. При этом каждая нить сбрасывает нагрузку на оставшиеся.
Лабораторная симуляция солнечной вспышки. Изображение: Bellan Lab, Caltech
Изучая процесс микросекунда за микросекундой, ученые заметили всплеск отрицательного напряжения, связанный со вспышкой рентгеновского излучения, как раз в тот момент, когда нить оборвалась. Это изменение напряжения подобно падению давления, которое возникает в месте сужения водопроводной трубы. Электрическое поле от этого всплеска напряжения ускоряет заряженные частицы до экстремальной энергии, а затем, когда они замедляются, испускаются рентгеновские лучи.
