Przeprowadzili eksperyment w laboratorium. Odkryli sekret Słońca?

• Powierzchnia Słońca ma temperaturę ok. 5,5 tys. stopni Celsjusza, a korona może przekraczać milion stopni.
• Naukowcy wykorzystali cztery wiązki lasera i pofałdowaną tarczę z tworzywa sztucznego.
• W plazmie powstałej podczas eksperymentu temperatura elektronów była niemal dwa razy wyższa niż w próbie porównawczej.

Badacze z Chin przeprowadzili doświadczenie w ośrodku laserowym Shenguang-II w Szanghaju. Cztery nakładające się wiązki laserowe skierowano na pofałdowaną tarczę z tworzywa sztucznego. Impulsy trwały zaledwie miliardową część sekundy, ale wystarczyły, by materiał zmienił się w plazmę.

Plazma rozszerzała się w otaczającym ją powietrzu o znacznie mniejszej gęstości i stopniowo zwalniała. Na granicy plazmy i otaczającego ją powietrza zaczęły rozrastać się nierówności, które przybierały kształty przypominające palce i grzyby. Zjawisko to nazywa się niestabilnością Rayleigha–Taylora. Symulacje komputerowe pokazały, że powstające wypustki zbliżały do siebie pola magnetyczne.

Plazma składa się z naładowanych elektrycznie cząstek. W eksperymencie wokół powstających struktur wytwarzały się pola magnetyczne, które w sąsiednich obszarach były skierowane w przeciwne strony. Jak informuje serwis Science Alert, symulacje komputerowe pokazały, że pola magnetyczne zbliżały się do siebie, a ich linie zmieniały sposób połączenia. Zjawisko to nazywa się rekoneksją magnetyczną. W jego trakcie uwalnia się energia zgromadzona w polach magnetycznych, która ogrzewa otaczającą plazmę.

Naukowcy powtórzyli eksperyment, tym razem wykorzystując płaską tarczę. W tym przypadku plazma rozprzestrzeniała się bardziej równomiernie i nie tworzyła charakterystycznych wypustek. Analiza promieniowania rentgenowskiego pozwoliła oszacować temperaturę elektronów. Przy pofałdowanej tarczy jej maksymalna wartość odpowiadała ok. 820 tys. st. C, czyli była niemal dwukrotnie wyższa niż w doświadczeniu porównawczym.

Badacze, wśród których byli Wei Sun z China Institute of Atomic Energy oraz Yongli Ping z Beijing Normal University, chcieli ustalić, w jaki sposób mogą powstawać niewielkie uwolnienia energii na Słońcu. Naukowcy podejrzewają, że liczne drobne rozbłyski, nazywane nanorozbłyskami, mogą wspólnie przyczyniać się do utrzymywania wysokiej temperatury korony słonecznej.

Podobne warunki mogą występować na Słońcu, gdy chłodniejsza i gęstsza plazma opada przez jego atmosferę. Zjawisko to nazywa się deszczem koronalnym. Zdaniem badaczy taki ruch może stwarzać warunki sprzyjające rozwojowi niestabilności, która z kolei może doprowadzić do zbliżenia pól magnetycznych.

Plazma w laboratorium była znacznie gęstsza, a cały proces przebiegał dużo szybciej niż nanorozbłyski na Słońcu. Naukowcy porównali jednak kluczowe parametry fizyczne, aby sprawdzić, które elementy eksperymentu można odnieść do warunków panujących w koronie słonecznej. Doświadczenie nie odtworzyło też całego procesu gromadzenia energii magnetycznej na Słońcu. W dodatkowej symulacji, w której uniemożliwiono powstawanie pól magnetycznych, dodatkowe ogrzewanie plazmy niemal całkowicie zanikło.

Eksperyment wskazuje więc na mechanizm, który może częściowo wyjaśniać, dlaczego korona słoneczna jest tak gorąca. Naukowcy muszą jednak jeszcze ustalić, jak często proces ten zachodzi na Słońcu i w jakim stopniu przyczynia się do ogrzewania jego atmosfery. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie "Physical Review Letters".